《带电粒子在电场中的运动》 知识清单

《带电粒子在电场中的运动》知识清单
一、电场的基本概念
要理解带电粒子在电场中的运动，首先得清楚电场是什么。

电场是
存在于电荷周围的一种特殊物质，它对处于其中的电荷会产生力的作用。

电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，用 E 表示。

它的定义是：电场中某点的电场强度等于放在该点的电荷所受到的电场力 F 与电荷
量 q 的比值，即 E ＝ F ／ q 。

电场强度是矢量，其方向规定为正电荷
在该点所受电场力的方向。

常见的电场有匀强电场和非匀强电场。

匀强电场中各点的电场强度
大小和方向都相同；而非匀强电场中电场强度的大小和方向会随位置
变化。

二、带电粒子在电场中的受力
当带电粒子处于电场中时，它会受到电场力的作用。

对于电荷量为
q 的带电粒子，在电场强度为 E 的电场中所受电场力 F 的大小为 F ＝
qE 。

需要注意的是，电场力的方向取决于带电粒子的电性和电场的方向。

正电荷所受电场力的方向与电场方向相同，负电荷所受电场力的方向
与电场方向相反。

三、带电粒子在电场中的直线运动
1、加速运动
当带电粒子在电场中沿电场线方向运动，且电场力对其做正功时，
粒子的速度会增加。

对于初速度为v₀的带电粒子，在电场力作用下做匀加速直线运动。

如果电场是匀强电场，加速度 a ＝ qE ／ m （其中 m 为粒子的质量）。

可以使用动能定理来求解粒子末速度 v 的大小，qU ＝ ½ mv² ½
mv₀²（其中 U 为两点间的电势差）。

2、减速运动
当带电粒子在电场中沿电场线反方向运动，或者电场力对其做负功时，粒子的速度会减小。

同样可以利用动能定理来分析粒子的运动情况。

四、带电粒子在电场中的偏转
当带电粒子以初速度 v₀垂直进入匀强电场时，粒子将做类平抛运动。

在垂直于电场方向，粒子做匀速直线运动，速度为 v₀，位移 x ＝
v₀ t 。

在平行于电场方向，粒子做初速度为 0 的匀加速直线运动，加速度
a ＝ qE ／ m 。

经过时间 t ，粒子在平行于电场方向的位移 y ＝ ½ at²，速度 v_y ＝at 。

粒子离开电场时的偏转角度θ 可以通过tanθ ＝ v_y ／ v₀来计算。

五、示波器
示波器是一种用于观察电信号的仪器，它利用了带电粒子在电场中
的偏转原理。

示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。

电子枪发射出的电子经过加速后，以一定的速度进入偏转电极区域。

在偏转电极产生的电场作用下，电子发生偏转，最终打在荧光屏上显
示出信号的波形。

六、带电粒子在电场中运动的实际应用
1、静电加速器
通过逐步增强电场，使带电粒子不断加速，获得较高的能量。

2、喷墨打印机
利用电场控制墨滴的偏转，从而实现精确打印。

3、电子显微镜
利用电场对电子的作用，使电子束聚焦和偏转，从而获得物体的微
观图像。

七、解题思路与方法
1、分析带电粒子的受力情况，确定电场力的大小和方向。

2、根据粒子的初速度和受力情况，判断粒子的运动类型（直线运动、偏转运动等）。

3、选择合适的物理规律和公式进行求解，如牛顿运动定律、动能定理、运动学公式等。

4、注意单位的统一和符号的正确使用。

总之，带电粒子在电场中的运动是一个重要的物理知识点，它在许多领域都有广泛的应用。

通过深入理解其原理和规律，我们能够更好地解决相关的物理问题，并对实际中的现象和技术有更深入的认识。