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电磁场边界理想化问题研究

发布时间:2021-01-12 作者:刘晓峰 发布者:管理员 阅读 : 3068

摘要:粒子在电磁场中的运动是高中物理综合性较强的问题。根据以往世界杯正规买球app排行经验可知在电磁场情境下电场主要用于加速粒子,使得粒子获得一定的速度后进入到各种理想化边界的磁场中,而磁场则使得粒子发生偏转,形成各种各样的轨迹。世界杯正规买球app排行中应认真总结世界杯正规买球app排行经验,做好电磁场边界理想化问题研究,并向学生传授相关的解题方法与技巧。

关键词:高中物理  电磁场  边界  问题  研究

在高考中粒子在电磁场中的运动常出现在压轴题中,难度较大,对学生各项能力要求较高。世界杯正规买球app排行中为帮助学生树立解题自信,应注重为学生分析各种电磁场边界理想化问题,讲解相关的解题思路,使学生在解答相关问题时能够迅速的找到解题突破口,避免在解题中走弯路。

一、电磁场边界理想化问题概述

高中物理电磁场边界理想化问题主要包括以下情境:(1)粒子无初速度进入电场、磁场。(2)粒子以某初速度进入电场、磁场。(3)粒子经电场加速后,进入电磁复合场。其中情境(1)通常不会考虑粒子重力,则粒子在电场中做匀加速运动,然后进入各种边界的磁场。情境(2)一般也会忽略粒子重力,粒子在电磁中作类平抛运动,而后进入磁场。情境(3)粒子经过电场后,进入电磁复合场。该种情境一般会考虑粒子重力,使得粒子受到的电场力与自身重力平衡,将解决问题的重点放在粒子在各种磁场边界中的运动。

分析三种情景下粒子运动应用的知识有:匀加速直线运动、类平抛运动、粒子在磁场中的偏转等。其中因磁场边界不同,分析粒子偏转时需要根据实际情况,运用几何知识进行作答,其中明确粒子做圆周运动的圆心以及半径是解题的关键。

二、电磁场边界理想化问题中磁场边界类型分析

粒子在电磁场运动中,常见的磁场边界有单直线边界、平行直线边界以及圆形边界。为使学生掌握不同磁场理想化边界分析技巧,课堂上应为学生逐一的进行剖析,给学生留下深刻印象,使学生真正的理解、掌握,在解题中实现灵活应用。

1.单直线边界

单直线边界指粒子经过电场后进入仅在直线一侧分布的磁场。解决该类情境下的问题时应引导学生牢记、理解以下结论:其一,如果粒子以垂直边界的方式进入磁场,则粒子在磁场中运动后会垂直于圆边界飞出;其二,如果粒子与磁场边界成角进入,则其飞出磁场时和边界也呈角。世界杯正规买球app排行中为使学生能够清晰的认识粒子的具体运动轨迹,课堂上可与学生一起绘制粒子运动草图,分析如何计算相关参数。根据世界杯正规买球app排行经验可知,粒子的运动情境如图所示:

1(甲)           1(乙)          1(丙)

设图中粒子进入、飞出对应的弦长为d,粒子在磁场中运动的半径为r,则由图可知三种粒子运动的半径分别为:r=r=d/2sinr=r=d/2sin。粒子运动对应的圆形角分别为:2-22,有T=,则粒子在磁场中的运动时间分别为t=t=t=

2.平行直线边界

平行直线边界指磁场的分布处在两条平行直线区域内。粒子在平行直线边界磁场中运动时从大的方面可分为三种情境:粒子沿着其中一条边界进入磁场、垂直进入磁场、和边界成角进入磁场。世界杯正规买球app排行中为使学生牢固掌握相关的分析技巧,课堂上可鼓励学生进行讨论,结合粒子进入磁场的不同情境,推导相关的结论。显然根据所学的几何知识可知,粒子沿着其中一条边界进入磁场、以和边界成角进入磁场均包括两种情境,总的来看共包括五种情境,具体如图2所示:

QQ截图20200802150526QQ截图20200802150542

    2(甲)    2(乙)    2(丙)    2(丁)

设两条平行直线间的距离为d,粒子的运动半径为R。对于图2(甲)有:R1=,运动的时间t1=R2=d/2t2=;对于2(乙)有:R=d/sin,运动时间t=;对于2(丙)有:R=,运动时间t=;对于2(丁)有:R=,运动时间t=

3.圆形边界

圆形边界指磁场主要分布在圆形区域内的情境。由圆的几何性质可知当粒子以指向圆心的方向进入磁场,则其离开磁场时速度的延长线必然经过磁场圆形,如图3所示:

3

设圆形磁场的半径为R,粒子做圆周运动的半径为r,由几何知识可知r=R/tan。粒子运动的时间t=

四、总结

高中物理电磁场边界理想化问题设计的情境较多。为使学生能够掌握不同情景下的解题思路,应做好世界杯正规买球app排行经验总结,尤其应围绕具体情境与学生一起分析,鼓励学生积极思考,认真讨论,保证考虑问题的全面性,理清不同情境下的物理参数关系,为其能够灵活用于解题中奠定坚实基础。

参考文献:

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