带电粒子在电场中的加速与偏转

实验目的

理解带电粒子在电场中的加速与偏转规律，会用动能定理和类平抛方法求偏移量与偏转角。

实验原理

加速：qU1 = ½mv0²。偏转：粒子垂直场强方向进入平行板，水平方向匀速，t = L/v0；竖直方向匀加速，a = qU2/(md)。忽略重力时，偏移量 y = U2L²/(4U1d)，tanθ = U2L/(2U1d)。同一加速电场加速的不同粒子，偏转轨迹相同。

实验器材

• 带电粒子
• 加速电场（两极板及加速电压 U1）
• 偏转电场（平行板及偏转电压 U2）
• 粒子运动轨迹显示区
• 可调的电压等参数

实验步骤

1. 观察粒子在加速电场中沿电场方向的运动情况
2. 观察粒子垂直进入偏转电场后的轨迹形状
3. 增大偏转电压 U2，观察偏移量如何变化
4. 增大加速电压 U1，再观察偏移量和偏转角
5. 对照公式，判断偏移量与粒子电荷量、质量是否有关

实验现象与结论

粒子在加速电场中速度不断增大；进入偏转电场后轨迹为抛物线，离开后沿直线运动。U2 增大时偏转更明显，U1 增大时偏转减小。结论：在不计重力时，偏转量由 U1、U2 和装置尺寸决定，与 q、m 无关。

常见问题

带电粒子在偏转电场中的偏移量怎么算？

按类平抛处理：水平方向 t = L/v0，竖直方向 y = ½at²，其中 a = qU2/(md)，代入即可得偏移量。

为什么不同粒子经同一电场加速、偏转后轨迹相同？

由 y = U2L²/(4U1d) 可知，偏移量与 q、m 无关，只与电压和尺寸有关，所以轨迹相同。