以“情境演进”为主线,实现思维进阶发展——以“带电粒子在电场中的运动”复习课为例

文章依托“四主”教学模式,以“带电粒子在电场中的运动”复习课为例,探讨如何以“情境演进”为主线,搭建学生思维进阶发展的台阶,设计出能促进学生思维发展和素养提升的高中物理教学。

深度解析带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动的三条解题思路

数学是解决物理问题的重要工具,借助数学方法可使一些复杂的物理问题显示出明显的规律性,可以说物理问题的研究一直和数学密切相关,任何物理问题的分析、处理过程,都是数学方法的运用过程,只是侧重点不同.本文以带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动为例.

例谈带电粒子在阴阳磁场中运动的考查

带电粒子在磁场中的运动是高中物理中的重要知识,粒子先后进入两种方向的磁场问题,称为阴阳磁场问题,此类问题的运动特征为在磁场边界处两运动轨迹相切,两轨迹的切点和两圆心共线.1单粒子在阴阳磁场中的运动.单粒子在阴阳磁场中的运动,只需要考虑粒子在阴阳磁场中的联系.

例析带电粒子在匀强磁场中的临界问题

带电粒子在匀强磁场中做圆周运动,当题目中出现“恰好”“最大”“最小”“至少”等词语时,往往意味着存在临界现象。求解带电粒子在匀强磁场中的临界问题,首要任务是借助轨迹圆半径R和速度v(或磁感应强度B)之间的约束关系进行动态分析,确定粒子运动轨迹和磁场边界(或磁感应强度B)的关系,找出临界状态。

磁场参数变化对带电粒子圆周运动轨迹的影响实验研究

本实验通过对磁场参数变化对带电粒子圆周运动轨迹的影响进行研究,探究不同磁场参数对带电粒子圆周运动轨迹的影响规律.实验得到不同磁场参数下带电粒子圆周运动轨迹的数据,通过数据处理和分析得到带电粒子圆周运动半径与磁场强度之间的线性关系,并说明这种关系具有重要的物理意义.

用洛伦兹力冲量式巧解粒子在电、磁场中运动的极值问题

带电粒子在电、磁场中的运动问题是近几年高考的考查热点之一。求解带电粒子在电、磁场中做复杂的曲线运动时的极值更是同学们普遍感到比较难以解决的问题。下面举例说明应用洛伦兹力的冲量式巧解这类问题的具体方法,供同学们参考。

带电粒子在地磁场中的运动及Mathematica数值模拟

基于单粒子轨道模型和地磁场偶极子模型,考虑相对论效应,对近地球区域磁场中运动的带电粒子轨迹使用Mathematica软件中六阶龙格—库塔算法进行数值计算和模拟,并对极光现象的产生进行了解释,同时讨论了带电粒子在地磁场中运动的引导中心近似.结果表明:1)从地球北极方向观察,被地球磁场捕获的质子沿顺时针方向漂移,电子沿逆时针方向漂移;2)粒子各个分运动的运动周期数值模拟结果与文献中理论值非常吻合;3)从(4Re,0,0)入射的粒子投掷角小于7.38°时,带电粒子将会与地球表面大气层碰撞而沉降,存在产生极光现象的可能.大于7.38°时,粒子将会被束缚在地磁场中,形成辐射带;4)其他条件相同时,带电粒子投掷点距离地球越远,其漂移速度越大;投掷角越大,其漂移速度也越大;5)对于能量较低的粒子,一阶近似下引导中心轨迹能很好地代表粒子实际运动轨迹.

从应用型本科高校的思政教育视角探讨带电粒子在电场和磁场中的运动

大学阶段的物理课程是现代高等院校理工类有关专业的必修课,更是学好其他理工科目的基础性课程,为学生未来科学思维、逻辑思维等的发展提供着重要的保障。将思政元素融入到大学物理教学中去,不仅能培养学生的科学素养,还能帮助学生建立正确的世界观、人生观和价值观。本文以带电粒子在电场和磁场中受到的力这节课为例,深入挖掘课程中蕴含的思政元素。

“放缩圆法”解决一类带电粒子在磁场中的运动问题

在匀强磁场中,粒子源沿着一定方向发射速度大小不同的带电粒子.带电粒子在磁场中做圆周运动,且速度越大,半径也越大,反之,速度越小,半径越小.如图1所示,带电粒子以相同的方向进入磁场后,它们运动轨迹的圆心都在直线PP′上,直线PP′和初速度方向垂直.将入射点P作为定点,圆心在直线PP′上,将圆周运动轨迹半径缩放,进而探究出临界条件.

利用仿真实验探究粒子在磁场中的运动

在高中电学教学过程中 ,学生只能依靠“黑板上的实验”来体验粒子在磁场中的运动 ,由于缺少感性经验 ,学生在构建比较复杂的运动情形时面临许多困难。利用“仿真物理实验室”的虚拟实验 ,学生不但可以体验生动的磁场中粒子运动现象 ,而且还可以开展物理探究学习 ,构建各种复杂的运动变式 ,从而优化课堂教学组织形式 。

静磁场下电子束运动行为仿真

电子束具有能量集中、能量转化效率高等特点,广泛用于金属精炼、增材制造等金属加工领域。在电子束熔炼过程中引入外磁场,可调控熔体流动与凝固组织,改善材料性能,但磁场会导致电子束偏转,造成熔区偏移。针对此问题,本研究基于COMSOL仿真软件对静磁场下电子与电子束在不同外加磁场强度、发射角、扫描角及发射距离参数下的运动行为进行建模与仿真分析。结果表明:磁场下电子束与单电子的运动行为相似;在一定外加磁场下实现电子束熔炼需满足一定的临界发射角和扫描角条件,如在背景磁场为0.15 T时,发射角需小于35°,且当发射角为0°时,扫描角介于−3.5°~+3.5°之间;磁场越强,电子(束)偏转越剧烈,其临界条件范围越窄;磁场对电子(束)具有筛选、聚焦及约束作用,在满足临界发射角和扫描角条件下任意发射距离的电子(束)均能进入坩埚。本研究可为磁场辅助电子束熔炼及其他相关技术的开发提供指导。

计算机模拟带电粒子在电磁场中的运动

介绍了用 Visual Basic软件模拟带电粒子在电磁场中的运动实验的主要思想及设计过程 .某些物理实验 ,如用传统方法实现存在着许多问题 .将现代的教育技术应用于这些实验 。

带电粒子在非均匀磁场中的漂移运动分析

将带电粒子在非均匀磁场中的运动看成是在均匀磁场中的回旋和由作为微扰而存在的磁场不均匀性所引起的漂移的叠加 ,并详细分析了梯度漂移、曲率漂移和散度漂移的特点 .

基于MATLAB的带电粒子在电磁场中的运动模拟

带电粒子在电磁场中的运动是高中物理的重要内容．文章利用MATLAB GUI图形处理窗口，基于高中物理教学要求，分别模拟带电粒子在匀强电场、匀强磁场以及复合场中的运动图像．结合高中学生所学知识，利用形象化的场图使学生对这部分内容有较深的了解，以提高学生对电磁场问题分析的能力．同时，借此实例让学生真切地感受科学技术在物理中的应用．

带电粒子在正交恒定电磁场中的运动轨迹

文章讨论了在宏观、低速条件下,带电粒子在正交恒定电磁场中的3种运动轨迹问题。当带电粒子沿垂直于电磁场方向或者沿电场方向进入电磁场时,粒子作圆心随时间变化的类似旋轮线运动;当带电粒子沿磁场方向进入电磁场时,粒子的运动轨迹是一条空间立体曲线。并用MATLAB软件模拟了以上三种轨迹曲线。

带电粒子在喇叭形磁场中的运动分析

将带电粒子在非均匀磁场中的运动看成是在均匀磁场中的回旋。进而描述磁场的非均匀性,具体的分析了仅有散度项、曲率项、梯度项不等于零的磁场。介绍一种常见的喇叭形非均匀磁场,讨论了带电粒子在喇叭形磁场中的螺旋轨道半径、纵向速度分量以及运动的角度与磁场的关系和磁约束原理。目的是加深带电粒子在非均匀磁场中运动的理解。

用两种不同的方法分析带电粒子在均匀电磁场中的运动

通过求解微分方程和用运动叠加原理两种不同的方法分析了带电粒子在均匀电磁场中的运动规律.

带电粒子在典型非均匀磁场中的运动

从带电粒子在喇叭形磁场中的运动动能不变出发,采用近似求解法,讨论了带电粒 子在典型非均匀磁场中的运动特点和磁约束原理。

带电粒子在典型非均匀磁场中的运动

从带电粒子在喇叭形磁场中的运动动能不变出发,采用近似求解法,讨论了带电粒子在典型非均匀磁场中的运动特点,结果表明:螺旋半径r随着B的增加而减小,其运动轨迹为一条会聚螺旋线,运动过程中带电粒子的轨道磁通量始终保持不变,呈现出横向约束;带电粒子的纵向速度分量随着B的增加而逐渐减小,当纵向速度等于零时,带电粒子将掉头反转,呈现出纵向约束。这一结果也说明:在微小不均匀磁场中,带电粒子的运动可以认为是在均匀磁场中的回旋与作为微扰而存在的磁场不均匀性所引起的漂移的叠加。最后简单介绍了上述运动特点在等离子体磁约束中的应用。

相对论变换下带电粒子在正交电磁场中的运动

从带电粒子的受力情况出发,分析带电粒子在正交恒定电磁场中的运动方程,由此得到宏观、低速条件下带电粒子在正交恒定电磁场中的运动轨迹.运用电磁场的相对论变换和初始条件,分析了相对论变换下带电粒子在正交电磁场中的3种运动轨迹:普通摆线、内摆线和外摆线.