《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》教學(xué)
原創(chuàng)老張啟蒙物理
老張懂物理
本節(jié)是靜電場(chǎng)知識(shí)的應(yīng)用。 三個(gè)主要部分的內(nèi)容：加速度、偏轉(zhuǎn)、示波器。 這一部分沒有什么難度。 前提是你熟悉牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線定律、函數(shù)關(guān)系式帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，這些都是力學(xué)中的重要定律。 只要將電場(chǎng)中的電場(chǎng)力移至力學(xué)定律即可。
學(xué)生感到困難，認(rèn)為原因如下：
“失明”。 電場(chǎng)和微觀粒子的不可見性都需要精神上的考慮。 與力學(xué)相比，研究對(duì)象缺乏形象性和直觀性。
改變了幾個(gè)名詞。 側(cè)移量代替平投運(yùn)動(dòng)中勻加速方向的位移，偏轉(zhuǎn)角代替速度與水平方向之間的角度。
已知量和未知量的變化。 在平投中，通常按垂直方向移動(dòng)來計(jì)算移動(dòng)時(shí)間，而在電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)中，通常按水平方向移動(dòng)來計(jì)算時(shí)間。
力量的普遍性。 在平拋運(yùn)動(dòng)中，力是重力，加速度保持不變。 當(dāng)在均勻電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，需要從已知量逐漸推導(dǎo)出電場(chǎng)力。 如果不熟悉電場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)，加速就無從下手。 這在恒力運(yùn)動(dòng)中已經(jīng)經(jīng)歷過。 改變力或加速度對(duì)于學(xué)生來說就像一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)。
教學(xué)建議：
1. 不畫平行板電容器，而是研究均勻電場(chǎng)中的加速度和偏轉(zhuǎn)。 直線加速問題不大。 偏轉(zhuǎn)時(shí)，在黑板上將電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與重力加速度的方向畫在同一方向上，并取試驗(yàn)電荷為正電荷。 類比平拋，比較計(jì)算出所謂的“側(cè)移量”和“偏轉(zhuǎn)角度”。 。 然后畫出均勻電場(chǎng)的“場(chǎng)源”——極板。 求極板之間的電壓、間距、長(zhǎng)度與前面計(jì)算中的物理量之間的相關(guān)性。 電場(chǎng)和重力場(chǎng)的對(duì)比計(jì)算應(yīng)該不成問題。 極板的加入也讓學(xué)生明白極板只是電場(chǎng)力的來源，它遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是力學(xué)定律。 找到正確的電場(chǎng)力是關(guān)鍵。 熟悉靜電場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)，與力學(xué)定律無縫銜接，是學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)的突破性方法。
2.示波器教學(xué)。 當(dāng)水平和垂直方向的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)分別相加時(shí)，與偏轉(zhuǎn)問題相比，計(jì)算帶電粒子的著陸點(diǎn)就變成了一個(gè)單一的多過程問題，包括線加速度、偏轉(zhuǎn)和勻速。 當(dāng)依次施加水平和垂直方向的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，相當(dāng)于多了一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，類似于平拋運(yùn)動(dòng)。
3、一個(gè)看似不是問題的問題——微觀粒子有質(zhì)量，但它們?cè)陔妶?chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)時(shí)不考慮重力。 大批“物理難題”暈倒，大惑不解。 為什么在明顯有質(zhì)量的情況下不考慮重力？ 如果明顯沒有質(zhì)量，則無法計(jì)算重力； 如果明顯有質(zhì)量帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，則不必計(jì)算重力。 計(jì)數(shù)或不計(jì)數(shù)的關(guān)鍵是看重力在粒子所受的總力中所占的比例。 當(dāng)然，有質(zhì)量就必然有引力，但如果引力對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響相對(duì)于其他力來說完全可以忽略不計(jì)，那么計(jì)算還有什么價(jià)值呢？ 沒有影響力，就沒有存在感。 粒子世界如此，人類世界又何嘗不是呢？ 人和物質(zhì)的情況并不比粒子好多少。
靜電場(chǎng)學(xué)習(xí)：靜電場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)+牛頓運(yùn)動(dòng)定律。
“毅力”、“費(fèi)”能量+“強(qiáng)迫自我發(fā)展”（F=ma;FORCE ME ARISE）（翻譯肯定有誤，請(qǐng)專家指點(diǎn)，獎(jiǎng)勵(lì)全部給你，但是有一個(gè)“意外傷害”的可能性很大！）