带电粒子在电场中的往复运动（二）

实验目的

会分段分析带电粒子在变化电场中的受力和运动，能借助 v-t 图像判断运动情况。

实验原理

忽略重力，粒子加速度 a = qE/m，其方向与电场力方向一致。电场随时间变化时，各时间段内 a 的大小和方向不同，粒子在每段内做匀变速直线运动。把各段的 v-t 图像连起来，即可判断粒子是往复运动还是单向运动。

实验器材

• 带电粒子
• 随时间变化的电场（电场方向或大小周期变化）
• 粒子位置显示
• 速度—时间图像或相关数据显示

实验步骤

1. 观察电场随时间变化的规律，记录一个周期内的变化
2. 分段判断粒子所受电场力方向和加速度方向
3. 观察粒子速度的变化，找出速度为零的时刻
4. 对照 v-t 图像，判断粒子位移是否出现往复
5. 改变粒子进入电场的时刻，比较运动的差异

实验现象与结论

粒子在不同时间段内加速或减速，速度大小周期性变化。进入电场的时刻不同，运动可能是往复运动，也可能始终向一个方向运动。结论：变化电场中的运动要分段分析，v-t 图像是判断运动性质的有效工具。

常见问题

带电粒子在变化电场中如何判断是否往复运动？

分段求加速度，画出 v-t 图像；若速度方向周期性改变，位移出现来回变化，则为往复运动。

进入电场的时刻不同，结果会一样吗？

不一定。时刻不同，各段受力情况不同，粒子可能往复运动，也可能单向运动。