論高中物理中的電磁偏轉(zhuǎn)問題

丁澤超

(安徽省宣城中學(xué) 242000)

靜電場(chǎng)及磁場(chǎng)是高中物理知識(shí)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，也是考試中涉及的重點(diǎn)內(nèi)容，一般情況下，考察學(xué)生帶電粒子在靜電場(chǎng)及磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況解析能力，對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)是電偏轉(zhuǎn)及磁偏轉(zhuǎn)內(nèi)容.多數(shù)物理題目考察對(duì)象為帶電粒子，兩種偏轉(zhuǎn)知識(shí)具有相似度，導(dǎo)致學(xué)生在解題過程中無法找到解題關(guān)鍵點(diǎn)，發(fā)生題目?jī)?nèi)容混淆問題，容易在解題時(shí)失分.一般情況下，兩種偏轉(zhuǎn)在物理規(guī)律及運(yùn)動(dòng)軌跡等方面存在一定差異，學(xué)生還需進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比與分析，才能找到差異所在，明確解題思路，進(jìn)一步提升解題準(zhǔn)確性及解題效率.

一、電偏轉(zhuǎn)問題

在高中物理學(xué)習(xí)過程中，電偏轉(zhuǎn)內(nèi)容主要是研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡及電偏轉(zhuǎn)規(guī)律，為有效讓學(xué)生掌握粒子運(yùn)動(dòng)軌跡及電偏轉(zhuǎn)規(guī)律，可通過兩個(gè)平行金屬板及固定電壓展開實(shí)驗(yàn)，比如，金屬板的長(zhǎng)度為l，電壓值為U，將具有正電荷及電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子處于金屬板間運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為v0，平行射入.粒子脫離靜電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，飛行速度為v，處于金屬板垂直方向偏移距離為y，初始速度與飛出速度呈夾角，利用θ表示，該夾角便是電偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)角.粒子進(jìn)入電場(chǎng)后，在電場(chǎng)中呈現(xiàn)拋物線運(yùn)動(dòng)，對(duì)該運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行分解，垂直金屬板方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，平行金屬板運(yùn)動(dòng)方向則是勻速直線運(yùn)動(dòng).帶電粒子在電場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在解題過程中，可先對(duì)物理量進(jìn)行思考，并獲得處理物理量的對(duì)應(yīng)公式.在思考電偏轉(zhuǎn)問題時(shí)，飛出速度v是重要條件，尤其是帶電粒子在射出電場(chǎng)后速度延長(zhǎng)線經(jīng)過電場(chǎng)中心點(diǎn).對(duì)此，還需對(duì)高中物理電偏轉(zhuǎn)物理量關(guān)系進(jìn)行分析，假設(shè)帶電粒子射出電場(chǎng)區(qū)域的速度為v，電場(chǎng)與帶電粒子速度反向延長(zhǎng)線中心點(diǎn)是O1，帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中，射出電場(chǎng)區(qū)域時(shí)與該點(diǎn)位置水平方向距離為x，那么x的計(jì)算公式便是：

二、磁偏轉(zhuǎn)問題

高中物理磁偏轉(zhuǎn)問題在學(xué)習(xí)過程中，需認(rèn)識(shí)到受力特點(diǎn)，質(zhì)量m，電荷量q粒子在速度v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，受到洛侖磁力影響，獲得F=BqV0，F(xiàn)方向一直與速度方向垂直，F(xiàn)只能夠讓粒子運(yùn)動(dòng)速度方向發(fā)生變化，速度方向變化會(huì)導(dǎo)致F方向發(fā)生變化.基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)規(guī)律為，運(yùn)動(dòng)方向是持續(xù)變化的，若粒子在運(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡可分析圓的半徑與周期.比如，在一個(gè)半徑為R的絕緣筒中，順著軸線方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與紙面垂直向內(nèi)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度用B表示，圓筒磁場(chǎng)中邊界是彈性材料.質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子在速度作用下順著小孔M進(jìn)入筒中，速度與半徑θ是呈現(xiàn)30°夾角，與磁場(chǎng)方向垂直.離子與筒壁在接觸后并未發(fā)生能量損失，若選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入速度，離子自M孔進(jìn)入，那么離子速度多大，能夠最短時(shí)間返回M孔？若離子與筒壁產(chǎn)生兩次接觸后自M孔射出，離子運(yùn)動(dòng)速率為多少？離子進(jìn)入圓筒后返回M孔需要的時(shí)間是多少？

又比如，一個(gè)帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶電粒子在洛侖茲力下，發(fā)生運(yùn)行偏轉(zhuǎn)及磁偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象.帶電粒子垂直進(jìn)入均勻磁場(chǎng)后，速度為v，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，可忽視重力影響，帶電粒子在洛侖茲力作用下，展開勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧.在運(yùn)動(dòng)過程中，帶電粒子偏移量為y，水平位移距離是1，偏移角度為θ，周期為T，半徑為r，角速度為ω，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，各個(gè)物理量關(guān)系可通過以下關(guān)系表述：qvB=mv2/r=mω2r=m(2π/T)2r；r=mv/qB；ω=v/r=qB/m；t=Tθ/2π=θm/qB；T=2πr/v=2πm/qB.磁偏轉(zhuǎn)實(shí)際問題解決過程并不復(fù)雜，學(xué)生在解答問題過程中往往綜合思考圓形平面幾何問題，導(dǎo)致解題難度增加.在實(shí)際解決磁偏轉(zhuǎn)問題時(shí)，還需根據(jù)軌跡，找到運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提升做題準(zhǔn)確率.軌跡確定后，找到帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)半徑及圓心，可分為兩種類型，分別是給出軌跡位置及方向，此情況下，連接兩點(diǎn)做垂線，從而確定圓心.題目給出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡一點(diǎn)位置后，找到兩點(diǎn)速度方向.此情況下，可通過角平分線交點(diǎn)方式，確定圓心，明確軌道半徑與線速度關(guān)系，圓心角與已知角關(guān)系，通過三角函數(shù)關(guān)系也能夠解答磁偏轉(zhuǎn)問題.

高中生物理知識(shí)學(xué)習(xí)過程中，電磁偏轉(zhuǎn)問題一直是重點(diǎn)物理內(nèi)容，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生容易將知識(shí)混淆.對(duì)此，在教學(xué)過程中針對(duì)電磁偏轉(zhuǎn)問題還需深度分析，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納，從而讓學(xué)生順利掌握電磁偏轉(zhuǎn)問題知識(shí)，有效解答問題的同時(shí)，為學(xué)生順利學(xué)習(xí)物理知識(shí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).