帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

王和平

摘 要：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題作為高中物理學(xué)科的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是很多教師開展物理教學(xué)工作的瓶頸，同時(shí)也是學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間不能攻克的壁壘，在很大程度上制約著高中物理教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的提高。在參考前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高中物理學(xué)科中帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的解題思路和解題方法進(jìn)行了總結(jié)，并列舉了相應(yīng)的題目加以佐證，力求為高中學(xué)生解答此類題目提供可靠的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高中物理；帶電粒子；電場(chǎng)；運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

物理學(xué)科作為高中理科學(xué)生的考試科目之一，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力等方面都起到了至關(guān)重要的作用，而帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題具有抽象性強(qiáng)、邏輯思維顯著等特點(diǎn)，使得很多教師在開展該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)時(shí)，常常面臨著教師難教、學(xué)生難學(xué)的現(xiàn)狀。因此，如何提高該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，成為廣大高中物理教師共同關(guān)注的問(wèn)題。此外，很多學(xué)生自己解答與該知識(shí)點(diǎn)有關(guān)的題目時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)找不到解題思路和解題方法的情況，極大程度上阻礙了學(xué)生物理成績(jī)的提高。綜上所述，對(duì)本文進(jìn)行深入的分析與研究具有十分重要的意義。

一、帶電粒子在電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)

1.解題注意事項(xiàng)

在教授學(xué)生帶電粒子在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我們應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：第一，使學(xué)生充分明白W=qU這一計(jì)算公式適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng)，而W=qEd這一計(jì)算公式則只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，且需明確告知學(xué)生帶電粒子在電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使用電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的思路解答題目。第二，當(dāng)帶電粒子從與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，我們需要考慮電場(chǎng)力與帶電粒子運(yùn)動(dòng)方式是否一致，從而判斷該帶電粒子是在做加速直線運(yùn)動(dòng)還是減速直線運(yùn)動(dòng)。第三，在使用功能的觀點(diǎn)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，我們需要考慮粒子的初速度為零和初速度不為零這兩種情況，當(dāng)初速度為零時(shí)，我們可以使用qU=mv2/2，V=1/2af這一計(jì)算公式解答。而當(dāng)初速度不為零時(shí)，我們則需要使用到qU=mv2/2-mv02/2，V=1/2af這一計(jì)算公式來(lái)解答。第四，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，如果帶電粒子是平行電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)的，那么該帶電粒子則是在勻變速直線運(yùn)動(dòng)，我們則可以根據(jù)電場(chǎng)力算出加速度、末速度、位移以及時(shí)間等值。

2.例題解析

例：如圖1所示，帶點(diǎn)粒子在電場(chǎng)中的加速：在真空中有兩塊平行的金屬板，兩金屬板之間的電壓為U和一個(gè)帶正電荷的粒子q，在電場(chǎng)力的作用下，q由禁止?fàn)顟B(tài)開始從正極板移動(dòng)至負(fù)極板，求該粒子達(dá)到負(fù)極板的速度。（忽略重力對(duì)帶電粒子造成的影響）

在解答此類題目時(shí)，我們需要明確帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做的是加速直線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力此時(shí)所做的功是有用功，所以，我們可以使用動(dòng)能定理來(lái)解決此類題目。

二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題

1.解題注意事項(xiàng)

帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只會(huì)出現(xiàn)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為：帶電粒子以v0速度垂直進(jìn)入電場(chǎng)方向的兩帶電平行板中，且?guī)щ娖叫邪逅a(chǎn)生的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，在受到來(lái)自于初速度方向成90°角的恒定電場(chǎng)力之后，做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。我們?cè)趯?duì)此類帶電量粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題進(jìn)行解答時(shí)，需要明確以下幾點(diǎn)：第一，垂直電場(chǎng)方向的帶電粒子的分運(yùn)動(dòng)都屬于勻速直線運(yùn)動(dòng)，需要使用到的公式為：t=L/v0，vx=v0，sy=1/2afat2。第二，平行于電場(chǎng)方向的帶電粒子的分運(yùn)動(dòng)都是以初速度為零的云加速直線運(yùn)動(dòng)，需要使用到的公式為vy=at，y=1/2afat2。其中帶電粒子的速度公式為：vt2=vx2+vy2。

2.例題解析

例：如圖2所示，一束帶電粒子從電場(chǎng)的垂直方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，是分析在進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)速度相同、功能相同或動(dòng)量相同的任一條件下，帶電粒子還需要具備什么條件才能確保偏轉(zhuǎn)距離和邊角角度相同。（假設(shè)U、d、L等保持不變，帶電粒子不受重力影響）

我們?cè)诮獯鸫祟愵}目時(shí)，需要明確該題目主要考查的是帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，它的運(yùn)動(dòng)類型與平拋運(yùn)動(dòng)相類似，所以，我們只需要推算出偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角度的表達(dá)公式即可解答此題。解答該題目的關(guān)鍵點(diǎn)在于這束帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方式為先加速運(yùn)動(dòng)，后偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以，它的偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角度都不會(huì)受帶電粒子的質(zhì)量和電量的影響。

從上文所論述的內(nèi)容中我們不難看出，帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題具有影響因素多、解題思路靈活以及知識(shí)點(diǎn)覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，使得很多學(xué)生在解答該知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的題目時(shí)，常常出現(xiàn)束手無(wú)策的情況，身為高中物理教師的我們，只有在日常的教學(xué)工作中不斷積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極完善自身的專業(yè)知識(shí)和教學(xué)能力，才能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)當(dāng)前高中物理教學(xué)工作中存在的不足，并采取行之有效的措施加以應(yīng)對(duì)，為我國(guó)教育事業(yè)的不斷發(fā)展和完善奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 張珍珍