7-7電荷在電場中的運動現象與思考帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的偏轉現象與思考

1.帶電粒子在電場中要受到電場力的作用。產生加速度，粒子的速度大小和方向都可能發(fā)生變化。

2.在現代科學技術中常利用電場來控制電荷，使其在電場中加速或偏轉。

3.怎樣實現對電荷的控制讓它按照人們的要求在電場中運動呢？一、帶電粒子在電場中的加速

帶電粒子在勻強電場中加速（動畫）

真空中有一對帶電平行金屬板形成的勻強電場

E。設一質量為

m、電荷量為–q

的帶電粒子由負極板中間小孔以初速度

v0

水平進入電場，在電場力作用下速度越來越大，最后一速度

v

由正極板小孔射出電場。（動畫）帶電粒子在勻強電場中加速運動。

忽略帶電粒子所受重力，帶電粒子只受電場力作用。由動能定理得qU

=12mv2

12mv02

-————上式說明電場力對帶電粒子做功，增加了它的動能。這是陰極射線管、顯像管、電子顯微鏡等電子儀器中電子槍的工作原理。二、帶電粒子在電場中的偏轉圖7.7-1是噴墨打印機結構簡圖。

墨汁微滴半徑約10-8

m（墨盒A每秒可射出106個微滴，每個字母約需百余滴），墨滴途徑帶電室B時被帶上負電，帶電多少由計算機按字母筆畫高低位置輸入信號加以控制。

帶電后的墨滴沿垂直于電場方向進入偏轉電極D的勻強電場中，由電場按帶電荷量的多少施加不同的電場力，使其偏轉，沿不同方向射出電場，打到后面的打印紙E上，顯示出字跡。

無信號輸入時，墨滴沿直線通過電場而注入回流槽F里回流到墨盒。1.工作原理設兩平行偏轉電極間距離為

d，并接在電壓為U的電源上。墨汁微滴質量為m，電荷量為-q，以初速度

v0

由帶電室垂直射入勻強電場中。若忽略它的重力，帶電墨汁微滴在長為l的勻強電場中只受與

v0

方向垂直、豎直向上的電場力作用，因而發(fā)生偏轉。墨汁微滴在電場中的運動類似于平拋運動：水平方向以速度

v0

做勻速這些運動；豎直方向做初速度為零的勻加速直線運動，其加速度由電場力產生。忽略重力和空氣阻力，不計偏轉電極邊緣電場不均勻的影響，電荷剛射出勻強電場時，在豎直方向偏轉的距離為y

=_______2mdν02qUl2

雷達、示波器等儀器中電子射線管的偏轉電極就是根據這一原理設計的。

帶電粒子在電場中的加速和偏轉，在電子射線管中得到充分利用。圖7.7-2是電子射線管結構示意圖2.應用圖

7.7-2電子射線管結構示意圖

它主要由電子槍(K,A、)水平偏轉電極（X,X′）、豎直偏轉電極（Y,Y′)和熒光屏等部分組成，這些元件裝在真空玻璃管內。

電子槍由熱陰極K和中間帶孔的陽極A組成，當陰極被加熱至熾熱狀態(tài)時逸出的電子在K、A間強電場作用下，會聚加速后由電子槍射出一束很細的高速電子流，打在熒光屏上產生一個亮點。

若給水平偏轉電極X、X′

加上交流偏轉電壓，電子束在水平方向移動來回移動，在熒光屏上形成一條水平亮線。

若同時給豎直偏轉電極Y、Y′

加上交流電壓，電子束在水平方向來回移動的同時，又在豎直方向往復運動，熒光屏上就會出現由電子射線掃描的交流電壓的波形。

醫(yī)院里利用示波器顯示心臟跳動時心臟表面和心臟層間電壓的變化波形，檢查心臟健康狀態(tài)。如果用圖形信號控制電子射線管的電極，就會在熒光屏上顯示出圖形來。練習帶電粒子在電場中為