高中物理學習中電磁場中帶電粒子的運動問題

林元

摘 要：物理是一門重實驗的學科，將多元化的物理語言藝術拓展于實際學習中，有利于更深入地了解電磁學方面的內容，全面提高學習物理的核心素養。本文就高中物理學習中有關于帶電粒子的物理問題解題思路進行分析。

關鍵詞：高中物理;電磁場;帶電粒子

一、電磁場中帶電粒子的運動問題的解題思路

在應對該方面問題的物理大題時，需要牢記多理論之間的關系，結合基本公式進行合理的拓展，深化帶電粒子運動問題的解題思路。實際操作中，應本著“畫出運動軌跡運動趨勢→找出圓軌跡的方向的圓心→確定該圓的半徑→畫出或作出圓心角”解題思路進行拓展，該方法能夠全面的應對各種類題型的軌跡運動題型[1]。

①需要作出軌跡在場強中所受的全部的力，結合粒子運動過程、粒子運動的周期進行思路拓展和理論分析;

②需要使用“左手定則”進行圓心的判定，結合公式、、等基本公式，嚴格分析各知識點之間的聯系，最終利用“作垂線”的思路判定圓心的實際位置;

③需要抓住提要中關于最大、至少等描述性詞匯，結合運動的周期和粒子穿越磁場所用的時間進行分析，結合軌跡的運動方向最終確定所涉及的數學定律，判斷出半徑的長度。

④在實踐過程中，需要甄選合理的物理方法，充分發掘題目內容中的隱含條件，得到一個該類型題目的基本解題思路[2]。總之，需要分析已知條件與公式的關系，利用隱含條件，促使運動問題得到解決。

二、優化策略分析

（一）基于偏轉運動的問題

受電場力的作用，可能會導致帶電粒子的作用速度方向發生一定偏轉，進而發生產生一定的偏轉角。在研究在問題時，需要結合力學和運用學之間的理論對其偏轉角問題進行系統的分析，通過受力分析圖解，將該方面的電場問題轉化為類平拋運動問題，最終實現該問題的優化。

例1：有一個質量為m電荷水平的射入極板當中，其中粒子的電荷量為q、初速度為v0;且極板之間的距離為d，電壓為U、板長為L。同時該板平行于電容器，求該粒子射出該極板后的偏轉角度和動能的增加量。

分析：需要結合圖1所示的內容進行受力分析和粒子的方向、運動狀態的判斷，結合基本的動能定律方可實現該問題的解決。

解析：如圖所示，可以將該運動分解為兩個獨立的運動，即勻速運動和勻加速直線運動。

聯立①②可得：那么可以得到在運動過程中，該粒子的動能增加量為：。

通過該題可以發現偏轉角的僅與射入的速度和偏轉的垂直速度有關，與粒子的電荷參數q、質量參數m是無關的。此時，需要使用不同的方法進行該理論的推導，結合“平衡狀態”進行受力分解，從公式的角度進行探索，有利于熟悉公式的演變方法。通過合理的公式推導，更清晰的認知基本公式的重要性。

（二）基于圓周運動的問題

勻速圓周運動也是帶電粒子運動中常見的問題，對于圓周運動問題類型題目，從圓周運動與帶電粒子的運動關系著手.例如：例2：如圖2所示，E=103V/m的勻強電場中，有一個光滑的半圓形軌道（絕緣）垂直放置于該勻強電場中，軌道底部與MN相連接，且MN平行于電場線。其中，圓的半徑R=40cm。有一個正電荷q=10-4C且質量為m=40g的滑塊射入軌道。求：要使滑塊運動至最高點L，需保證滑塊在水平軌道上離N點的距離為多少處進行釋放？

分析：需要結合重力與圓周運動的關系得到一個射入的速度，結合動能定理方可實現該問題的求解。

在該類型題目的解決中，需要結合運動學和動力學的理論進行實踐問題的探索，對物體所受的合外力進行分析，利用動力學的理論就可以將電磁學問題轉化為單純的能量問題。

參考文獻

[1]譚文惠.在電磁場中的力學問題探析[J].科學大眾（科學教育），2017（9）.

[2]錢丹丹.帶電粒子在有界磁場中運動問題的解題規律及方法[J].新課程，2017.