我們現在來觀察將塑膠板摩擦

摩擦後放置於頭髮或紙片旁

此時會發現

頭髮和紙片受到塑膠板的吸引

而產生靜電的現象

現在我們將剛剛的巨觀現象

調整為微觀的視角

將原子尺度放大來看

我們可以發現以原子為參考的時候

電性之間會存在一個作用力

這個作用力就是庫侖靜電力

若以單一帶電粒子來看

就是帶電粒子受到的作用力

接下來討論陰極射線時會考慮電荷受力的狀態

運動中的電荷受到電場作用也會出現運動狀態變化

現在

我們先來討論

J.J.湯姆森與其他科學家

在陰極射線實驗發現的一些物理現象

若分析幾個陰極射線的實驗裝置

看看能有什麼有趣的現象呢？

由小轉輪裝置可以觀測到

陰極射線接觸到轉輪時

轉輪會產生轉動

由轉動的現象可以推論

陰極射線具備動量等物理特性

因此撞擊到轉輪時

可以產生力矩而轉動

由障礙物裝置可以發現

陰極射線射至障礙物時

障礙物後方會產生陰影

由此可以推論陰極射線應該為物質

因此會被障礙物阻擋

觀測發現此物質在此可以直線運動

由平行電板裝置可以發現

陰極射線的粒子通過平行電板時

會發生偏折

仔細觀察

發現粒子受到正極板的吸引與負極板的排斥

由庫侖力作用的物理概念可以推論

物理間產生吸引是受到異性電的影響

因此向正極板靠近的粒子應該攜帶負電

若將陰極射線加入外加磁場

若僅有磁場的時候

陰極射線粒子會向上偏折

但僅有電場沒有磁場的時候

陰極射線粒子會向下偏折

這時若同時加上電場與磁場

就可以發現陰極射線粒子不會產生偏折

呈現直線射入狀態

我們現在再來看一下實驗中見到的物理現象

現象一：

陰極射線進入電場受電場作用

產生向正極板偏折

現象二：

陰極射線射入磁場時

受磁力作用產生偏折

現象三：

陰極射線受到磁場與電場作用

可以找到粒子所受合力的關係

在圖中

可以看到僅受磁場與僅受電場時的撞擊位置

分別在上方與下方

當受到電場與磁場作用時

當電力與磁力量值大小相同時

不產生偏折

後面我們就只討論合力為零的狀態

現在

我們利用一組帶電平行板與磁場來分析受力關係

可以發現帶電粒子受磁場作用後的磁力向上

而帶電粒子受到帶電平行板的作用

使電力向下

當磁力與電力相同時

可以使粒子不產生偏折

現在來分析一下受力關係

可以發現

向下電場的電力Fe等於向上磁場的磁力FB

因為電力等於eE

磁力等於evB

所以eE等於evB

這時可將共同的電子電量e消除

獲得E等於vB

再導出v粒子速度等於B分之E

因此

由電場與磁場大小關係

也可以測得粒子速度

學習完影片的知識後

請試著閱讀下列內容的敘述

找出陰極射線管實驗現象敘述錯誤的內容

若現在使用陰極射線發射出的帶電粒子

來分析常見的陰極射線管顯示器的構造與原理

可以發現

顯示器一樣是使用陰極鎢絲發射出粒子

通過線圈時

受到電磁鐵作用

而產生偏折

當粒子偏折

撞擊螢光幕上的螢光粉產生色彩

這時候就可以在螢幕上

看到顯示器呈現的彩色畫面

由陰極射線管的厚度

可以瞭解粒子射出時的速度

受到電力或磁力的影響

可以產生偏折而撞擊不同的位置

用這個方式就可以瞭解

在陰極射線管會觀察到

電場與磁場可以造成粒子的合力變化

包含曲線軌跡的變化與速度、加速度的改變

由陰極射線的帶電粒子作用可以發現

受力關係主要為電力與磁力

Fe=eE

FB=evB

若電力大於磁力時

合力與速度垂直

且因為合力向下

粒子受力向下偏折

當合力越大時加速度也越大

若電力小於磁力時

合力與速度垂直

且因為合力向上

粒子受力向上偏折

當合力越大時

加速度也越大

當加速度越大時

則粒子運動的軌跡越彎曲

經過影片一系列的概念說明

現在來複習一下

陰極射線利用一組平行板與磁場來分析受力關係

可以發現

帶電粒子受磁場作用後的磁力向上

受到帶電平行板作用

使電力向下

當磁力與電力相同時

可以使粒子不產生偏折

合力為零的現象

是當Fe等於FB

eE等於evB

再來E等於vB

最後得出v等於B分之E

由電場與磁場大小關係

也可以測得粒子速度v等於B分之E

當電場與磁場固定時

帶電量越大時

磁力與電力都會增加

但是粒子速度不受影響

假設帶電粒子的質量或電量改變

進入可變電場或磁場時

運動模式會有什麼變化？

或許你能利用陰極射線受到磁場與電場作用的原理

說明粒子的運動軌跡

歡迎在留言分享你的想法囉

我們下次見

bye bye