農村高中物理帶電粒子在電磁場中的運動問題教學淺議

摘 要：在農村高中物理教學中，帶電粒子在電磁場中的運動問題是個難點。本文主要圍繞該知識點進行了分析論述，提出了一些切實可行的學習建議，希望為廣大農村高中學生掌握該知識點提供參考意見。

關鍵詞：農村高中；物理教學；帶電粒子；電磁場

帶電粒子在電場與磁場中的運動問題是高考的重要考點。正常情況下，電子、質子等這些帶電粒子在電場中主要受到靜電力影響，萬有引力的影響可以忽略不計。一般來說，帶電粒子在進入電場之后，受恒定的電場力在電場中運動，受力方向始終與粒子進入電場的方向垂直，帶電粒子此時做類平拋運動。

一、電場中帶電粒子的運動問題

1. 帶電粒子在電場中運動，粒子的直線加速是其中一個重要方面。例如，兩塊平行金屬板，通過接上恒定電壓使它帶上電，再把這兩塊平行金屬板放置于真空環境，這就形成了一個理想的勻強電場環境。如果在這電場中有一個帶正電且處于靜止狀態的微觀粒子，那么這粒子將做初速度為零的勻加速直線運動。加速度的大小a=F/m=qE/m=qU/md，確定加速度之后就可以歸入牛頓動力學模塊中解決了。只要必修一的基礎打得扎實，學生遇上此類問題通過知識的正遷移可以很快解決。當然這個問題還可以用功能關系來解決。粒子在電場中只受電場力的作用，只有電場力做功，那么可以得出粒子所做的功是W=qU，接下來由功能關系的動能定理，可以跳過求帶電粒子的加速度，而直接求出粒子的末速度。這種方法充分體現了功能關系解決問題的便捷性。總而言之，遇上這類問題時，先考慮功能關系，再考慮動力學方法。

2. 帶電粒子在電場中的偏轉。在高中物理學中，帶電粒子在電場中的運動，往往都是垂直電場線以某一初速度入射的。進入電場后，粒子所受的電場力是恒定的，這種運動的題型是非常經典的類平拋運動問題。此時，只要確定好加速度、電場的長與寬等基本要素，就可以將其歸入曲線運動中的平拋運動，算時間，求末速度、偏轉角等。這類問題看似復雜，其實物理模型簡潔，涉及的要素變化不大，學生先要理清思路，建立模型，然后多做幾道題。

二、帶電粒子在磁場中的運動問題

帶電粒子在磁場中運動的時候，由于只受洛倫茲力，受力方向總是與速度方向垂直，所以粒子將作勻速圓周運動。做勻速圓周運動的物體的運動特點就是學生解題的要點。做圓周運動的物體，向心力不做功，由洛倫茲力提供向心力，對帶電粒子不做功，它不會改變粒子運動速度的大小，只改變運動方向。此時的解題思路就很有針對性了，既然是粒子做圓周運動，那么只要明確圓周運動的要點就可以了。首先是確定好圓心，用幾何學的方法可以找出圓心，只要畫出圓弧上任意兩點速度方向的垂直線，這兩條垂線的交點就是要找的圓心。接下來求半徑，一方面可以通過幾何知識解三角形的辦法求得，另一方面可通過洛倫茲力等于向心力的等式轉化得出r=mv/qB，在此類問題中，該公式應用頻率很高。最后，還可以計算粒子的運動時間，這個用比例的知識就行了。只要知道對應的圓心角的大小，學生就能求出它占整個圓的幾分之一，而所用時間就是粒子做圓周運動周期的幾分之一。

對此，一般的農村高中學生會覺得很復雜。所以，首先，學生需要將圓周運動的公式、洛倫茲力公式、向心力公式記熟，然后根據牛頓第二定律，推導出半徑公式、周期公式，再做幾個經典的例題，進而理解其中的規律并學會靈活運用公式。

三、帶電粒子在復合場中的運動問題

帶電粒子在復合場中的運動問題涉及勻變速直線運動、勻速圓周運動，也有一般的變速曲線運動。在復合電磁場中帶電粒子的運動問題，學生需要通過建立相應物理模型的方式來學習。一般來說，此類問題只出現在高考壓軸題中，農村高中學生在遇到此類問題時，通常選擇放棄，究其原因，一是基礎不牢固，不能熟練地應用；二是時間不夠，高考理綜卷需要考生在短短兩個半小時內做三百分的題目，一般考生不會將寶貴的時間用在難度大、得分率不高的題目上。高考是一次選拔性考試，輕易放棄就會錯過更進一步的機會，所以我們還得慎重對待，只要找對切入點，往往會有意料之外的收獲。總的來說，處理帶電粒子在復合場中的運動問題主要的思路有：動力學觀點、能量觀點和動量觀點。解題時優先考慮能量觀點，在一些看似復雜的題目中，應用功能關系就能輕松解決問題。

總之，這一模塊的學習需要學生從本身的解題能力提高上著手，將理解題目中所提到的物理情境作為出發點。如果帶電粒子處于牛頓第一定律所描述的平衡狀態，那么它所受的力就是平衡力，合力為零。而如果粒子做的是勻加速或是勻減速運動，所受的合力就是恒定不變的，用功能關系去解決就是最快捷的。

四、結語

農村高中學生在學習帶電粒子在電磁場中運動這一模塊時，除了要注意打牢基礎、強抓苦練之外，做題時還要注意調整心態，有意識地總結適合自己的方法，從而提高學習效率。

（責任編輯：吳田田 章 蒙）