这是一道洛伦兹力的计算题目,分析和计算了带电粒子在均匀磁场中不同条件下的运动轨迹问题。
 

 

 

 

 

 
 
 
例题 04-13-11-02 如图所示,一带电粒子的电荷为,质量为 m ,以速度进入一磁感强度为B 的均匀磁场中,
(1) 若速度的方向 与磁场B 的方向垂直;
(2) 若速度的方向与磁场B 的方向成角(≠90°).试分别求带电粒子在磁场中的运动轨道(为便于讨论,不防设>0).带电粒子的质量甚小,故在今后如无特殊说明,一般可不计它的重力mg


题解一
  (1) 由题设,故,带电粒子(0)所受的洛伦兹力大小是
            
  这力的方向垂直于带电粒子的速度方向,它只能改变粒子的运动方向,使运动轨道弯曲,而 不会改变运动速度的大小.由上式可知,在粒子运动的全部路程中,洛伦兹力的大小不变, 因此带电粒子将作匀速圆周运动,而洛伦兹力则是粒子作匀速圆周运动时所需的向 心力.按牛顿第二定律,有
              
  是圆形轨道的半径,由上式可得
                (a)
  即轨道半径R 与带电粒子的速率成正比,而与磁感强度的大小B 成反比. 顺便指出,带电粒子绕圆形轨道一周所需时间(称为周期)为
              (b)
  单位时间内带电粒子所转动的周数(称为频率)为
                (c)
即带电粒子在磁场中沿圆形轨道绕行的周期与带电粒子运动的速率无关 。