洛倫茲力跟速度方向垂直,只改變速度方向,不改變大小。你磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍,洛倫茲力就增大一倍。根據(jù)那啥向心力的公式,F(xiàn)=mv^2/r,在速度不變的情況下,力增大一倍,不就是半徑就要較小一半。
帶電粒子在電磁場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力做用不斷加速,也就是電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,而與此同時(shí),磁場(chǎng)力的方向是與粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直的,所以只會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向,而不會(huì)改變速度。而在電場(chǎng)力的作用下,粒子的速度不斷增大,所以磁場(chǎng)力也不斷增大,而在磁場(chǎng)力的不斷作用下,粒子方向不斷改變,最終在某一時(shí)刻,磁場(chǎng)力可以分解出一個(gè)與電場(chǎng)力方向相反大小相等的分力,和一個(gè)垂直于電場(chǎng)力方向的分力,此時(shí),粒子只有垂直電場(chǎng)力方向的分力作用,速度繼續(xù)增加,使粒子逐漸的向垂直電場(chǎng)力方向運(yùn)動(dòng),該結(jié)果可以用機(jī)械能守恒來解釋,就是電勢(shì)能最終轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。該結(jié)果是在勻強(qiáng)場(chǎng)中推論所得出的結(jié)果,如果電磁場(chǎng)是變化的,則結(jié)果更為復(fù)雜,沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)果,但只要用受力分析和牛二定理就可以準(zhǔn)確分析出結(jié)果。
1、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題:
研究對(duì)象:帶電粒子
物理過程:如果粒子的速度與電場(chǎng)方向在同一直線上,則粒子在電場(chǎng)中做變速直線運(yùn)動(dòng)——如粒子被電場(chǎng)加速,粒子在電場(chǎng)中減速。或者粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),通常是粒子垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng),做類平拋運(yùn)動(dòng)。
所用知識(shí):動(dòng)能定理,功能關(guān)系——粒子動(dòng)能與電勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化;牛頓第二定律+運(yùn)動(dòng)學(xué)公式
以及:勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差之間的關(guān)系E=U/d,注意到“電場(chǎng)線方向是電勢(shì)降低最快方向”,上述基本關(guān)系式可以等價(jià)為
E=U/d=-Δφ/Δx,其中Δφ表示電勢(shì)沿著電場(chǎng)線方向的增加,Δx表示對(duì)應(yīng)于電勢(shì)變化的位置改變。
2、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題:
在中學(xué)階段,通常考慮粒子垂直于磁場(chǎng)進(jìn)入的情景(因?yàn)榱W悠叫杏诖艌?chǎng)進(jìn)入不受洛侖茲力,所以這種情況極其簡(jiǎn)單)。按照洛侖茲力的特點(diǎn),粒子在磁場(chǎng)中將做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛侖茲力提供向心力。
對(duì)于此問題,常用到的知識(shí)點(diǎn)主要有兩個(gè)方面:
第一,物理知識(shí):牛頓第二定律 qvB=mv^2/r ,v=rω, ω=2π/T=qB/m
第二,數(shù)學(xué)知識(shí):主要是用平面幾何中,圓的知識(shí)。
難點(diǎn):當(dāng)然是確定粒子的圓軌道,軌道圓心往往是解決的關(guān)鍵。