高三物理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教案
一、帶點(diǎn)粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是力學(xué)問題
1、帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)等共存的復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),其受力情況和運(yùn)動(dòng)圖景都比較復(fù)雜,但其本質(zhì)是力學(xué)問題,應(yīng)按力學(xué)的基本思路,運(yùn)用力學(xué)的基本規(guī)律研究和解決此類問題。
2、分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的`受力時(shí),要注意各力的特點(diǎn)。如帶電粒子無論運(yùn)動(dòng)與否,在重力場(chǎng)中所受重力及在勻強(qiáng)電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力均為恒力,它們的做功只與始末位置在重力場(chǎng)中的高度差或在電場(chǎng)中的電勢(shì)差有關(guān),而與運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)。而帶電粒子在磁場(chǎng)中只有運(yùn)動(dòng) (且速度不與磁場(chǎng)平行)時(shí)才會(huì)受到洛侖茲力,力的大小隨速度大小而變,方向始終與速度垂直,故洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.
二、帶電微粒在重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力共同作用下的運(yùn)動(dòng)(電場(chǎng)、磁場(chǎng)均為勻強(qiáng)場(chǎng))
1、帶電微粒在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng):必然是電場(chǎng)力和重力平衡,而洛倫茲力充當(dāng)向心力.
2、帶電微粒在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做直線運(yùn)動(dòng):重力和電場(chǎng)力是恒力,它們的合力也是恒力。
當(dāng)帶電微粒的速度平行于磁場(chǎng)時(shí),不受洛倫茲力,因此可能做勻速運(yùn)動(dòng)也可能做勻變速運(yùn)動(dòng);
當(dāng)帶電微粒的速度垂直于磁場(chǎng)時(shí),一定做勻速運(yùn)動(dòng)。
3、與力學(xué)緊密結(jié)合的綜合題,要認(rèn)真分析受力情況和運(yùn)動(dòng)情況(包括速度和加速度)。必要時(shí)加以討論。
三、帶電粒子在重力場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的基本模型有:
1、勻速直線運(yùn)動(dòng)。自由的帶點(diǎn)粒子在復(fù)合場(chǎng)中作的直線運(yùn)動(dòng)通常都是勻速直線運(yùn)動(dòng),除非粒子沿磁場(chǎng)方向飛入不受洛侖茲力作用。因?yàn)橹亓Α㈦妶?chǎng)力均為恒力,若兩者的合力不能與洛侖茲力平衡,則帶點(diǎn)粒子速度的大小和方向?qū)?huì)改變,不能維持直線運(yùn)動(dòng)了。
2、勻速圓周運(yùn)動(dòng)。自由的帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),必定滿足電場(chǎng)力和重力平衡,則當(dāng)粒子速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),洛侖茲力提供向心力,使帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
3、較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)。在復(fù)合場(chǎng)中,若帶電粒子所受合外力不斷變化且與粒子速度不在一直線上時(shí),帶電粒子作非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。此類問題,通常用能量觀點(diǎn)分析解決,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中若有軌道約束,或勻強(qiáng)電場(chǎng)或勻速磁場(chǎng)隨時(shí)間發(fā)生周期性變化等原因,使粒子的運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜,則應(yīng)視具體情況進(jìn)行分析。
正確分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的受力并判斷其運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)及軌跡是解題的關(guān)鍵,在分析其受力及描述其軌跡時(shí),要有較強(qiáng)的空間想象能力并善于把空間圖形轉(zhuǎn)化為最佳平面視圖。當(dāng)帶電粒子在電磁場(chǎng)中作多過程運(yùn)動(dòng)時(shí),關(guān)鍵是掌握基本運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和尋找過程的邊界條件.
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