高中物理学习中电磁场中带电粒子的运动问题

林元

摘 要：物理是一门重实验的学科，将多元化的物理语言艺术拓展于实际学习中，有利于更深入地了解电磁学方面的内容，全面提高学习物理的核心素养。本文就高中物理学习中有关于带电粒子的物理问题解题思路进行分析。

关键词：高中物理;电磁场;带电粒子

一、电磁场中带电粒子的运动问题的解题思路

在应对该方面问题的物理大题时，需要牢记多理论之间的关系，结合基本公式进行合理的拓展，深化带电粒子运动问题的解题思路。实际操作中，应本着“画出运动轨迹运动趋势→找出圆轨迹的方向的圆心→确定该圆的半径→画出或作出圆心角”解题思路进行拓展，该方法能够全面的应对各种类题型的轨迹运动题型[1]。

①需要作出轨迹在场强中所受的全部的力，结合粒子运动过程、粒子运动的周期进行思路拓展和理论分析;

②需要使用“左手定则”进行圆心的判定，结合公式、、等基本公式，严格分析各知识点之间的联系，最终利用“作垂线”的思路判定圆心的实际位置;

③需要抓住提要中关于最大、至少等描述性词汇，结合运动的周期和粒子穿越磁场所用的时间进行分析，结合轨迹的运动方向最终确定所涉及的数学定律，判断出半径的长度。

④在实践过程中，需要甄选合理的物理方法，充分发掘题目内容中的隐含条件，得到一个该类型题目的基本解题思路[2]。总之，需要分析已知条件与公式的关系，利用隐含条件，促使运动问题得到解决。

二、优化策略分析

（一）基于偏转运动的问题

受电场力的作用，可能会导致带电粒子的作用速度方向发生一定偏转，进而发生产生一定的偏转角。在研究在问题时，需要结合力学和运用学之间的理论对其偏转角问题进行系统的分析，通过受力分析图解，将该方面的电场问题转化为类平抛运动问题，最终实现该问题的优化。

例1：有一个质量为m电荷水平的射入极板当中，其中粒子的电荷量为q、初速度为v0;且极板之间的距离为d，电压为U、板长为L。同时该板平行于电容器，求该粒子射出该极板后的偏转角度和动能的增加量。

分析：需要结合图1所示的内容进行受力分析和粒子的方向、運动状态的判断，结合基本的动能定律方可实现该问题的解决。

解析：如图所示，可以将该运动分解为两个独立的运动，即匀速运动和匀加速直线运动。

联立①②可得：那么可以得到在运动过程中，该粒子的动能增加量为：。

通过该题可以发现偏转角的仅与射入的速度和偏转的垂直速度有关，与粒子的电荷参数q、质量参数m是无关的。此时，需要使用不同的方法进行该理论的推导，结合“平衡状态”进行受力分解，从公式的角度进行探索，有利于熟悉公式的演变方法。通过合理的公式推导，更清晰的认知基本公式的重要性。

（二）基于圆周运动的问题

匀速圆周运动也是带电粒子运动中常见的问题，对于圆周运动问题类型题目，从圆周运动与带电粒子的运动关系着手.例如：例2：如图2所示，E=103V/m的匀强电场中，有一个光滑的半圆形轨道（绝缘）垂直放置于该匀强电场中，轨道底部与MN相连接，且MN平行于电场线。其中，圆的半径R=40cm。有一个正电荷q=10-4C且质量为m=40g的滑块射入轨道。求：要使滑块运动至最高点L，需保证滑块在水平轨道上离N点的距离为多少处进行释放？

分析：需要结合重力与圆周运动的关系得到一个射入的速度，结合动能定理方可实现该问题的求解。

在该类型题目的解决中，需要结合运动学和动力学的理论进行实践问题的探索，对物体所受的合外力进行分析，利用动力学的理论就可以将电磁学问题转化为单纯的能量问题。

参考文献

[1]谭文惠.在电磁场中的力学问题探析[J].科学大众（科学教育），2017（9）.

[2]钱丹丹.带电粒子在有界磁场中运动问题的解题规律及方法[J].新课程，2017.