物理學(xué)習(xí)中電磁偏轉(zhuǎn)問題探究

汪少晨

【摘 要】 電磁偏轉(zhuǎn)這部分知識是高中階段物理學(xué)習(xí)中的重難點，在高考中也占據(jù)著非常重要的地位，平時的練習(xí)中我們要注意對其規(guī)律與解題思路的理解與區(qū)分，有助于我們對電磁偏轉(zhuǎn)這部分物理知識的學(xué)習(xí)掌握。本文針對電偏轉(zhuǎn)問題與磁偏轉(zhuǎn)問題展開討論，希望能對廣大高中同學(xué)的物理學(xué)習(xí)帶來一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】 物理學(xué)習(xí)；電磁偏轉(zhuǎn)；問題探究

所謂磁偏轉(zhuǎn)是由于帶電粒子受到洛倫茲力的影響，改變了在磁場中的運動軌跡；而電偏轉(zhuǎn)則是帶電粒子受到了電場力的影響，致使在電場中的運動軌跡發(fā)生了改變。雖然兩者都有運動軌跡轉(zhuǎn)變這樣的狀況發(fā)生，但是其性質(zhì)卻并不相同。我們在學(xué)習(xí)過程中，要注意區(qū)分。

一、對電偏轉(zhuǎn)問題的探究

在對高中物理中的電偏轉(zhuǎn)問題進行學(xué)習(xí)的過程中，所研究的主要對象為粒子的運動軌跡與電偏轉(zhuǎn)規(guī)律。想要使帶電粒子在電場中的運動軌跡與規(guī)律更加的具象化，我們可以在兩塊平行金屬板間施加一個固定電壓U，金屬板的長度是l，然后將一個電荷量q質(zhì)量m的正電荷粒子，以v0速度平行射入金屬板之間，當這枚粒子在飛出此電場時，測出了這枚粒子在金屬板的垂直方向距離發(fā)生了一定偏移，偏移的長度是y，其速度變成v，初始速度與射出時的速度成夾角，此角就是電偏轉(zhuǎn)中的偏轉(zhuǎn)角。我們通過分析可以得出，粒子在射入電場時，做的是拋物線的運動，根據(jù)對該運動方式的分解我們可以了解到，與金屬板平行的運動為迅速直線運動，而在垂直方向則成勻加速直線運動。帶電粒子會于均勻電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在對該問題進行探究的過程中，應(yīng)當考慮到那些比較重要的物理量，明確其與電偏轉(zhuǎn)的關(guān)系。此外，我們在進行電偏轉(zhuǎn)問題的探究過程中，需要用到一些較為重要的物理公式：

例：如下圖所示，帶電粒子P帶的電荷量是帶電粒子Q的三倍，這兩個帶電粒子以相同的速度V0從同一個位置出發(fā)，從和電場垂直的方向射入到了均強電場之中，打在了M與N這兩個點上，假如MO=NM，那么請問P與Q的質(zhì)量比是（ ）

A.3：4 B.4：3 C.3：2 D.2：3

這道題考察的內(nèi)容主要是對于帶電粒子在電場運用方面知識的掌握程度。

案例分析：第一點需要考慮帶電粒子在電場中平衡方面的問題：帶電粒子如果在電場中進行迅速直線運動或者靜止狀態(tài)的情況下，那么就可以判斷該帶電粒子在電場中是平衡的。我們假設(shè)均強電場兩處極板之間的電壓是U，兩板之間的距離是d，那么： 有 。第二點需要注意的是帶電粒子在電場中存在的加速問題：帶電粒子在電場加速的過程中，如果不考慮帶電粒子的重力，那么電場力對粒子所做的功和帶電粒子動能的增加量相等。

二、對磁偏轉(zhuǎn)問題的探究

我們在進行高中物理的磁偏轉(zhuǎn)知識的學(xué)習(xí)過程中，粒子的運動軌跡與磁偏轉(zhuǎn)規(guī)律是其主要研究方向。想要更加具象化的研究帶電粒子在磁場中運動的軌跡與規(guī)律，將一個帶電粒子以初速度v垂直射入一個強度B的均勻磁場之中，此粒子的質(zhì)量是m，電荷量是q，并且?guī)е姾?，其在磁場中會受到洛倫茲力的影響，該作用力促使這個帶電粒子在該勻速磁場中進行勻速圓周運動，而且具有一個進行此運動的向心力。經(jīng)過實驗的研究我們可以看出，該粒子在磁場中的運動軌跡是圓弧的狀態(tài)。假若此帶電粒子在垂直方向上的偏移距離是y，l是其在水平方向上的位移距離，是該粒子磁偏轉(zhuǎn)的角度值，r使其圓弧軌跡的半徑，T是其形成軌跡圓的時間周期，并且角速度是ω，帶電粒子完成圓弧軌跡的時間長為t，根據(jù)探究與總結(jié)我們能夠得出，上述物理量在帶電粒子進行磁偏轉(zhuǎn)的過程中，發(fā)生的關(guān)系可以用以下的公式來表示：

在這些公式之中，θ運用弧度制來表示，通過這些物理量我們能夠有效的計算出該帶電粒子在磁場中所具備的動能，可以用這樣的公式進行表示：mv=qBr，從而可以計算出該粒子所具備的動能為： 。

除此之外，還應(yīng)當對這些相關(guān)物理量之間的聯(lián)系進行探究，并且還和圓的知識概念有關(guān)。因此，想要能夠快速地處理有關(guān)磁偏轉(zhuǎn)的問題，我們還應(yīng)當加深對相關(guān)幾何知識與概念的學(xué)習(xí)。我們應(yīng)當運用有效的解題思路和方法，通過在草稿紙上繪畫的形式來分析磁場中的帶電粒子的運行軌跡，并且結(jié)合其具體的運動軌跡總結(jié)出所要使用到的物理量，比如在上述式子中用到的軌跡半徑等物理量。我們在繪畫運動軌跡的過程中，只知道軌跡中的兩個點以及其中的一個點的方向，我們可以先將連接已經(jīng)知道的兩個點，并且對其做出垂線，從而將它與速度方向的交點有效的找了出來，然后我們可以以這一個交點為圓心畫出一個圓，這兩點都處于圓上，這個圓就是帶電粒子在磁場中運行的軌跡。

總而言之，對我們高中生而言，點磁偏轉(zhuǎn)相關(guān)的問題是極其重要的物理內(nèi)容，而且相關(guān)知識點在學(xué)習(xí)的過程中極容易混淆，非常難以掌握。所以，我們必須對點磁偏轉(zhuǎn)的問題進行深入地研究與分析，對知識點進行歸納總結(jié)，這樣我們就能夠更好地掌握這方面的知識，為我們解決這部分問題奠定有力的基礎(chǔ)。

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