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带电粒子在电场中的运动问题

作者：王和平

来源：《新课程·下旬》2018年第06期

摘 要：带电粒子在电场中的运动问题作为高中物理学科的重点和难点，是很多教师开展物理教学工作的瓶颈，同时也是学生长时间不能攻克的壁垒，在很大程度上制约着高中物理教学质量和教学效率的提高。在参考前人研究结果的基础上，结合多年的教学经验，对高中物理学科中带电粒子在电场中运动问题的解题思路和解题方法进行了总结，并列举了相应的题目加以佐证，力求为高中学生解答此类题目提供可靠的参考依据。 关键词：高中物理；带电粒子；电场；运动问题

物理学科作为高中理科学生的考试科目之一，在培养学生实践能力和创新思维能力等方面都起到了至关重要的作用，而带电粒子在电场中的运动问题具有抽象性强、逻辑思维显著等特点，使得很多教师在开展该知识点的教学时，常常面临着教师难教、学生难学的现状。因此，如何提高该知识点的教学质量和教学效率，成为广大高中物理教师共同关注的问题。此外，很多学生自己解答与该知识点有关的题目时，常常会出现找不到解题思路和解题方法的情况，极大程度上阻碍了学生物理成绩的提高。综上所述，对本文进行深入的分析与研究具有十分重要的意义。

一、带电粒子在电场中直线运动 1.解题注意事项

在教授学生带电粒子在电场中加速运动的知识点时，我们应注意以下几个方面的问题：第一，使学生充分明白W=qU这一计算公式适用于匀强电场和非匀强电场，而W=qEd这一计算公式则只适用于匀强电场中，且需明确告知学生带电粒子在电场中直线运动时，应使用电势能转化为动能的思路解答题目。第二，当带电粒子从与电场线平行的方向进入匀强电场时，我们需要考虑电场力与带电粒子运动方式是否一致，从而判断该带电粒子是在做加速直线运动还是减速直线运动。第三，在使用功能的观点分析带电粒子的运动问题时，我们需要考虑粒子的初速度为零和初速度不为零这两种情况，当初速度为零时，我们可以使用qU=mv2/2，V=1/2af这一计算公式解答。而当初速度不为零时，我们则需要使用到qU=mv2/2-mv02/2，V=1/2af这一计算公式来解答。第四，运用牛顿运动定律和运动学公式分析带电粒子在电场中的运动问题时，如果带电粒子是平行电场线方向进入匀强电场的，那么该带电粒子则是在匀变速直线运动，我们则可以根据电场力算出加速度、末速度、位移以及时间等值。 2.例题解析

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例：如图1所示，带点粒子在电场中的加速：在真空中有两块平行的金属板，两金属板之间的电压为U和一个带正电荷的粒子q，在电场力的作用下，q由禁止状态开始从正极板移动至负极板，求该粒子达到负极板的速度。（忽略重力对带电粒子造成的影响）

在解答此类题目时，我们需要明确带电粒子在匀强电场中做的是加速直线运动，电场力此时所做的功是有用功，所以，我们可以使用动能定理来解决此类题目。 二、带电粒子在电场中的偏转问题 1.解题注意事项

带电粒子在电场中的偏转运动只会出现在匀强电场中，其运动状态为：带电粒子以v0速度垂直进入电场方向的两带电平行板中，且带电平行板所产生的电场为匀强电场，在受到来自于初速度方向成90°角的恒定电场力之后，做匀变速曲线运动。我们在对此类带电量粒子在电场中运动的问题进行解答时，需要明确以下几点：第一，垂直电场方向的带电粒子的分运动都属于匀速直线运动，需要使用到的公式为：t=L/v0，vx=v0，sy=1/2afat2。第二，平行于电场方向的带电粒子的分运动都是以初速度为零的云加速直线运动，需要使用到的公式为vy=at，y=1/2afat2。其中带电粒子的速度公式为：vt2=vx2+vy2。 2.例题解析

例：如图2所示，一束带电粒子从电场的垂直方向进入偏转电场，是分析在进入偏转电场速度相同、功能相同或动量相同的任一条件下，带电粒子还需要具备什么条件才能确保偏转距离和边角角度相同。（假设U、d、L等保持不变，带电粒子不受重力影响）

我们在解答此类题目时，需要明确该题目主要考查的是带电粒子在匀强电场中的偏转问题，它的运动类型与平抛运动相类似，所以，我们只需要推算出偏转距离和偏转角度的表达公式即可解答此题。解答该题目的关键点在于这束带电粒子的运动方式为先加速运动，后偏转运动，所以，它的偏转距离和偏转角度都不会受带电粒子的质量和电量的影响。

从上文所论述的内容中我们不难看出，带电粒子在电场中的运动问题具有影响因素多、解题思路灵活以及知识点覆盖范围广等特点，使得很多学生在解答该知识点相关的题目时，常常出现束手无策的情况，身为高中物理教师的我们，只有在日常的教学工作中不断积累教学经验，积极完善自身的专业知识和教学能力，才能准确地发现当前高中物理教学工作中存在的不足，并采取行之有效的措施加以应对，为我国教育事业的不断发展和完善奠定坚实的基础。 参考文献：

[1]吴健.以问题引领促进学生思维发展：“带电粒子在电场中的运动”教学案例及分析[J].物理教学，2012（9）：17-19.

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[2]周胜保.问题引领在“带电粒子在复合场中的运动”中的应用[J].物理教学探讨，2016，34（6）：33-35.

[3]王美芳.高中“带电粒子在电场中的运动”相关问题的研究[D].苏州大学，2016. 编辑 张珍珍