阴极射线在电场下的偏转阴极射线在电场中的偏转( 二 )

所以一个带正电的物体，所受到的电场力和电场强度方向是相同的，一个带负电的物体所受到的电场力和电场强度方向是相反的。想不来不要紧，下面我就解释下电场。
电场是一个非常抽象的概念，因为我们看不见它，就像我上面说的电场力的方向和电场强度的方向，相信很多人都理解不了，别着急，因为法拉第发明了电场的图示法，让我们对电场有了一个直观的感受。
上图就是孤立电荷周围的电场线，可以看出正电荷的电场线向外，负电荷的电场线向内，这是人为规定的，每啥特殊的原因，毕竟谁也没有看到过电场长啥样子。
那有了电场线，电场就比较好理解了，我们可以认为单位面积内的电场线的数目就代表了这个地方电场的强度，所以通过电场线我们就能理解为什么电场力和距离的平方成反比，因为距离电荷越远，单位面积内的电场线就越少。
上图就是几种情况下的电场线，引入电场最大的意义在于，我们对牛顿所说的力就有了不一样的认识，在牛顿的框架下，力的概念就非常模糊，甚至它可以是一个超距作用。
那有了场的概念，我们就可以认为物体所受到力是和弥散在空间中的场所发生了相互作用，在现代物理学中，我们发现场并且是一种概念性的物体，或者说是一种便于计算的数学技巧，而是实实在在的物理实体，甚至它比基本粒子还要基本。
在量子电动力学（QED）中，我们就对电磁力就有了更深一层的认识，带电物体之间之所以会产生力，是因为他俩在互相交换光子，而光子又是电磁场激发出来的。根据电磁力的相互作用方式，我们还照葫芦画瓢，画出了弱力以及强力的作用方式，这也体现了自然界的对称之美。在后面我们在说相互作用力的时候，还会在说到这些东西。
下面我们就说，在汤姆逊的实验中，阴极射线在电场力作用下的偏转。在他的实验中，汤姆逊使用的电场是两个平行的带电金属板产生的，就像我们现在看的样子。
在金属板之间电场的方向垂直于金属板，而且是均匀的，这就保证了带电粒子在其间飞行的时候所受的电力始终垂直于运动方向，而且力的大小在各处都是一样的。
并且有一点特别重要，两个金属板之间的电场强度跟任何一个板的距离没有关系，因为我们刚才说了，电场强度等于单位面积内的电力线数目。可以看出，在一个已经确定间距的带电金属板之间，电场线的数目是固定的。
所以我们就能够知道，在汤姆逊的实验中，电力就等于电荷乘以电场强度，而这里的电场强度就是一个常数，那么根据上节课的公式，我们就能知道：
电场力让阴极射线产生的位移=（粒子的电荷×电场强度×偏转区长度×漂移区长度）/（粒子的质量×粒子速度^2）.
接下来最关键的就是要算出金属板之间的电场强度，这个其实也很简单，两个金属板之间的电场强度就等于电压除以金属板之间的距离。
为什么要这样算？我们先说什么是电压，电压也叫电势，电势的定义是带电粒子的势能除以电荷，我们知道势能是能量的一种形式，所以电压的单位是焦耳/库仑，也就是我们常说的伏特。
从电势的单位“焦耳/库仑”可以看出，电势也可以这样表述，一库仑的电荷通过1伏特的电势差之后，所能获得的动能，这个动能就是1焦耳。
所以电池就是一个提供电势差的装置，比如说一个电池的电压是2伏，它对每一库仑电荷所做的功是2焦耳。
当时汤姆逊给平行金属板之间施加的电压为225伏特，这就说明，这就说明把一库仑的电荷从一个金属板移动到另外一个金属板，电池所作的功是225焦耳，我们还知道功也等于力乘以距离，所以作用在每库仑上的电场力×金属板之间的距离=电池对每库仑电荷所做的功。

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