电子在电场中会受到电场力,电场力会改变电子的运动状态,电场力做功也对应着能量的转化。已知电子的质量为
m,电荷量为-
e,不计重力及电子之间的相互作用力,不考虑相对论效应。



(1)空间中存在竖直向上的匀强电场,一电子由A点以初速度
v0沿水平方向射入电场,轨迹如图1中虚线所示,B点为其轨迹上的一点。已知电场中A点的电势为
φA,B点的电势为
φB,求:
①电子在由A运动到B的过程中,电场力做的功
WAB;
②电子经过B点时,速度方向偏转角
θ的余弦值cos
θ(速度方向偏转角是指末速度方向与初速度方向之间的夹角)。
(2)电子枪是示波器、电子显微镜等设备的基本组成部分,除了加速电子外,同时对电子束起到会聚的作用。
①电子束会聚的原理如图2所示,假设某一厚度极小的薄层左侧空间中各处电势均为
φ1,右侧各处电势均为
φ2(
φ2>
φ1),某电子射入该薄层时,由于只受到法线方向的作用力,其运动方向将向法线方向偏折,偏折前后能量守恒。已知电子入射速度为
v1,方向与法线的夹角为
θ1,求它射出薄层后的运动方向与法线的夹角
θ2的正弦值sin
θ2。
②电子枪中某部分静电场的分布如图3所示,图中虚线1、2、3、4表示该电场在某平面内的一簇等势线,等势线形状相对于
z轴对称。请判断等势面1和等势面4哪个电势高?对一束平行于
z轴入射的电子,请结合能量守恒的观点、力与运动的关系简要分析说明该电场如何起到加速的作用?如何起到会聚的作用?