带电粒子在电场中的往复运动（一）

实验目的

理解带电粒子在匀强电场中做往复直线运动的条件，会分析加速度、速度和位移的变化。

实验原理

忽略重力，粒子所受电场力 F = qE，加速度 a = qE/m，大小方向不变，粒子做匀变速直线运动。初速度与电场力方向相反时，先减速到零，再反向加速。也可用动能定理 qEx = ΔEk 分析速度和位移。

实验器材

• 带电粒子
• 匀强电场区域（电场线方向）
• 粒子运动位置显示
• 速度、加速度等物理量显示

实验步骤

1. 确认电场方向和粒子的电性，判断电场力方向
2. 观察粒子进入电场后速度大小的变化
3. 找到速度为零的位置，记录此时粒子的位置
4. 观察粒子反向运动的过程，比较往返用时
5. 用动能定理验证最远位置与初速度的关系

实验现象与结论

粒子先减速，速度为零后反向加速，在电场内做往复直线运动。加速度大小、方向保持不变。结论：电场力恒定且与初速度反向时，粒子的运动是匀变速直线运动，可用牛顿定律或动能定理求解。

常见问题

带电粒子在电场中什么情况下会做往复运动？

合力方向保持在一条直线上，且与初速度方向相反或周期性变化时，粒子会沿直线往复运动。

分析这类问题常用什么方法？

可用牛顿第二定律结合运动学公式，也可用动能定理和能量守恒，后者在电场不均匀时更方便。