洛倫茲力跟速度方向垂直,只改變速度方向,不改變大小。你磁感應強度增大一倍,洛倫茲力就增大一倍。根據那啥向心力的公式,F=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。
帶電粒子在電磁場中會受到電場力做用不斷加速,也就是電勢能轉化為動能,而與此同時,磁場力的方向是與粒子運動方向垂直的,所以只會改變運動方向,而不會改變速度。而在電場力的作用下,粒子的速度不斷增大,所以磁場力也不斷增大,而在磁場力的不斷作用下,粒子方向不斷改變,最終在某一時刻,磁場力可以分解出一個與電場力方向相反大小相等的分力,和一個垂直于電場力方向的分力,此時,粒子只有垂直電場力方向的分力作用,速度繼續增加,使粒子逐漸的向垂直電場力方向運動,該結果可以用機械能守恒來解釋,就是電勢能最終轉化為動能。該結果是在勻強場中推論所得出的結果,如果電磁場是變化的,則結果更為復雜,沒有一個統一的結果,但只要用受力分析和牛二定理就可以準確分析出結果。
1、帶電粒子在電場中的運動問題:
研究對象:帶電粒子
物理過程:如果粒子的速度與電場方向在同一直線上,則粒子在電場中做變速直線運動——如粒子被電場加速,粒子在電場中減速。或者粒子在電場中偏轉,通常是粒子垂直于電場方向進入電場,做類平拋運動。
所用知識:動能定理,功能關系——粒子動能與電勢能之間的相互轉化;牛頓第二定律+運動學公式
以及:勻強電場中場強與電勢差之間的關系E=U/d,注意到“電場線方向是電勢降低最快方向”,上述基本關系式可以等價為
E=U/d=-Δφ/Δx,其中Δφ表示電勢沿著電場線方向的增加,Δx表示對應于電勢變化的位置改變。
2、帶電粒子在勻強磁場中的運動問題:
在中學階段,通常考慮粒子垂直于磁場進入的情景(因為粒子平行于磁場進入不受洛侖茲力,所以這種情況極其簡單)。按照洛侖茲力的特點,粒子在磁場中將做勻速圓周運動,洛侖茲力提供向心力。
對于此問題,常用到的知識點主要有兩個方面:
第一,物理知識:牛頓第二定律 qvB=mv^2/r ,v=rω, ω=2π/T=qB/m
第二,數學知識:主要是用平面幾何中,圓的知識。
難點:當然是確定粒子的圓軌道,軌道圓心往往是解決的關鍵。