高中物理电偏转&磁偏转 学法指导.doc

用心爱心专心116号编辑高中物理电偏转&磁偏转学法指导重庆张开华带电粒子在电场中偏转（即电偏转）和带电粒子在磁场中偏转（即磁偏转）分别是利用电场和磁场对运动电荷施加作用力，从而改变或控制其运动方向，由于电场和磁场对电荷的作用具有不同的特征，因而这两种偏转存在着几个方面的差异。为了便于比较，现以带电粒子垂直于场进入为例来归纳说明其差异。一、受力特征的差别电偏转：带电粒子在匀强电场中所受电场力必为恒力，质量为m，电量为q的粒子在场强为E的电场中所受电场力大小（）与粒子运动速度无关，方向与场强方向平行。磁偏转：带电粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力是变力。质量为m，电量为q的粒子以速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，所受磁场力大小（即洛伦兹力）与粒子相对于磁场运动的速度v有关，方向（时刻改变）也与粒子相对于磁场运动的方向和磁场方向都垂直（由左手定则判断），并且洛伦兹力所产生的加速度还使粒子的速度方向发生改变，而速度方向的变化又反过来导致洛伦兹力的方向发生变化。二、运动规律的差别电偏转：恒定的电场力使带电粒子在匀强电场中做类平抛运动（一种匀变速曲线运动），其轨迹是抛物线，其运动规律可以由运动的合成与分解来处理。即：然后再进行合成。注意：平抛运动的推论也适用于带电粒子在匀强电场中的类平抛运动。如：粒子在任意时刻速度偏向角的正切总等于其位移偏向角正切的2倍等。磁偏转：洛伦兹力的大小一定、方向始终与运动方向垂直。这样变化的洛伦兹力就使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动（一种变加速曲线运动），其轨迹是圆周或一段圆弧，运动的规律可以从动力学关系、空间（轨道半径）和时间（运动的周期）等方面来描述：动力学关系轨道半径运动周期运动时间三、偏转程度的差别电偏转：带电粒子的运动方向所能偏转的角度必定小于，并且在相等时间内偏转的角度是不相等的，即偏转角度随时间是不均匀变化的。磁偏转：带电粒子的运动方向所能偏转的角度是没有限制的（可以偏转很多个周角），并且在相等时间内偏转的角度总是相等的，即偏转角度随时间是均匀变化的。注意：示波管中电子束的偏转就是采用电场的作用而发生偏转，电视机显像管中电子束的偏转是采用磁场的作用而发生偏转。四、动能变化和动量变化的差别电偏转：电场力对带电粒子做正功，使带电粒子的速度增加、动量和动能都增大，并且速度和动量都随时间均匀增加、而粒子的动能随时间增加得越来越快。但速度和动量的方向却时刻改变。注意：运动的速度随时间均匀增加，但运动的速率随时间并不是均匀增加。磁偏转：洛伦兹力方向与速度方向总是垂直，洛伦兹力不做功，粒子的动能始终不变（实际上各物理量的大小都不变），而向心力（即洛伦兹力）、向心加速度、速度、动量等矢量的方向却时刻改变。例宽L=8cm的区域内有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一电子从M点垂直射入时恰好做匀速直线运动且从N点射出，若只撤去磁场时电子以同样初速从M点射入，则从A点射出，且A、N距离；若只撤去电场时电子以同样初速从M点射入，则从C点射出（如图1）。图1求：从C点射出前的轨道半径；比较电子在A、N、C三点时的动能大小；AC间的距离。分析与解：两场同存在时，电子做匀速直线运动，则有只撤去磁场后，做类平抛运动，属于电偏转，有只撤去电场后，做匀速圆周运动，属于磁偏转，有联立以上各式求得。第一次电子做匀速直线运动，动能不变（等于初动能），第二次只有电场时，电场力做正功，电子动能增大；第三次只有磁场时，洛伦兹力不做功，电子动能不变，故电子在三点的动能关系是：。第三次从C点射出时，其轨迹如图2所示。图2由数学知识得：代入数据求得：从而AC两点间的距离：。点评：匀速圆周运动和类平抛运动是两种完全不同的运动，各个方面都存在着重大差异，其常见错误就是将粒子的匀速圆周运动当成类平抛运动处理。解题时一定要谨慎。