电场力 [电场力和洛仑兹力在解题中的区别运用]

时间：2019-02-02 03:16:18　来源：雅意学习网本文已影响人

　　电荷在电场中受到的作用力称为电场力，电场力做功与路径无关，只与电荷的初末位置有关；运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛仑兹力，洛仑兹力不做功。由于它们的这些不同特性，在教学过程中澄清二者的区别是很有必要的，正确而全面地认识这两个力及其应用对学生系统地掌握电磁学的有关知识具有一定的帮助。�
　　
　　1带电粒子在静电场中的运动�
　　
　　带电粒子在电场中受到的电场力，其大小可以通过F=qE进行计算。电荷在电场中运动，电场力可以做功，电场力做功与路径无关，只与电荷的初末位置有关。如沿图1所示a路径、b路径或c路径电场力做功相等，都为W=qU��AB�。由于存在这样的特点，如果带电粒子只受到电场力作用，可用动能定理，即：qU��AB�=12mv�2�2-12mv�2�1求解有关问题。带电粒子在静电场中的运动常见的有平衡、偏转和加速等三类，对于其中的加速问题，抓住电场力做功的特点，用动能定理比较简捷。�
　　
　　2带电粒子在匀强磁场中的运动�
　　
　　高中阶段重点研究v⊥B的特殊情况。如图2所示，带电粒子受到的洛仑兹力大小f=qvB，方向用右手定则确定。由于洛仑兹力的方向与运动方向始终垂直，因此洛仑兹力f只改变速度v的方向，不改变速度v的大小，说明洛仑兹力f始终不做功，对于这类题型，常根据f=qvB=mv�2R以及匀速圆周运动的规律求解。�
　　
　　3带电粒子在电磁场中的运动�
　　
　　对于电磁物共存问题，如果带电粒子在其中作匀速直线运动，可以用平衡条件�F=0求解比较简单；如果带电粒子在其中作非匀速直线运动，其运动具有一定的复杂性，抓住洛仑兹力不做功，只改变速度的方向，而电场力做功但做功与路径无关的特点，并借助动能定理是解决这类问题的关键。
　　例1如图3所示，平行板电容器的极板沿水平方向放置，电子束从电容器左边正中间a处沿水平方向入射，电子的初速度都是v�0，在电场力的作用下，电子刚好从c点射出，射出时速度为v。现若保持电场不变，再加一个匀强磁场，磁场的方向跟电场和电子入射的方向都垂直，使电子刚好从d点射出，c、d两点的位置相对于中线ab是对称的，则从d点射出时电子的速度是多少？�
　　析与解（1）在只有电场的情况，如图4所示，平行板之间电场可视为匀强电场，设其电场强度为E，c点到中线ab的距离为s，电子从a到c点的过程中受到电场力F=qE作用，电场力做正功，且与路径无关，根据动能定理有：�
　　qEs=12mv�2-12mv�2�0①�
　　(2)若电场不变，再加一个方向如图5所示的匀强磁场，电子从a点到d点的过程中，既受到电场力作用也受到洛仑兹力作用，但洛仑兹力始终不做功，只有电场力做功，分析可知这里电场力做负功。设电子到d点时的速度为v′，根据电场力做功与路径无关和动能定理有：�
　　-qEs=12mv′-12mv�2�0②�
　　联立①②式解得：v′=2v�2�0-v�2
　　
　　4带电粒子在变化的磁场中运动�
　　
　　这类问题，学生往往容易忽视变化的磁场产生电场这个因素，认为带电粒子只有洛仑兹力的作用，洛仑兹力不做功，得到速度大小不变的错误结论。其实这时运动的带电粒子既处在磁场中，又处在变化的磁场所产生的感应电场中，既有洛仑兹力作用，又有电场力作用，虽然洛仑兹力不做功，但电场力却要做功。当磁场逐渐增加或减弱时，带电粒子的速度将发生变化。�
　　①磁场B逐渐增大时，根据楞次定律可知，在该磁场区域将产生如图（6-a）所示的感应电场E，看得出带电粒子+q所受到的电场力做正功，其速度增大。�
　　②磁场B逐渐减小时，同样根据楞次定律可知，在该磁场区域将产生如图（6-b）所示的感应电场E，带电粒子+q所受到的电场力做负功，其速度减小。�
　　
　　5结束语�
　　
　　高考物理试题逐年在发生着变化，一些突出实践性和应用性，接近现代高科技和生活的试题越来越多，其中电场力和洛仑兹力在现代科学技术中的综合应用，是较常见的一种。所以，在教学过程中教师不但要给学生讲清楚电场力和洛仑兹力的本质区别，而且要注意加强二者综合应用题型的训练。
　　
　　�(栏目编辑陈洁)
　　
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