带电粒子在电磁场中的运动

实验目的

综合运用电场力、洛伦兹力的特点，分析带电粒子在电磁场中的运动轨迹。

实验原理

电场力 F = qE，做功改变粒子动能；洛伦兹力 F = qvB（v⊥B），方向垂直于速度，不做功。粒子在磁场中做匀速圆周运动，r = mv/(qB)。分析时先判断各区域的受力，再分段应用动能定理、牛顿运动定律或圆周运动规律。

实验器材

• 带电粒子
• 电场区域
• 磁场区域
• 粒子运动轨迹显示
• 可调的电压、磁感应强度等参数

实验步骤

1. 观察粒子在电场中的运动方向和速度变化
2. 观察粒子进入磁场后轨迹如何弯曲
3. 改变电场强度或电压，比较粒子进入磁场时的速度
4. 改变磁感应强度，观察轨道半径的变化
5. 分段写出各区域的受力和运动规律，对照轨迹验证

实验现象与结论

粒子在电场中速度大小和方向可能变化；进入磁场后速率不变，轨迹弯曲成圆弧。电压越大，进入磁场时速度越大，圆周半径越大；磁感应强度越大，半径越小。结论：电场改变动能，磁场改变运动方向。

常见问题

电场力和洛伦兹力对粒子做功有什么不同？

电场力一般做功，改变动能；洛伦兹力始终垂直于速度，不做功，只改变速度方向。

分析带电粒子在电磁场中的运动有什么步骤？

先判断各区域是否有场，再受力分析，确定运动类型，最后分段用相应规律列式求解。