洛伦兹力跟速度方向垂直,只改变速度方向,不改变大小。你磁感应强度增大一倍,洛伦兹力就增大一倍。根据那啥向心力的公式,F=mv^2/r,在速度不变的情况下,力增大一倍,不就是半径就要较小一半。
带电粒子在电磁场中会受到电场力做用不断加速,也就是电势能转化为动能,而与此同时,磁场力的方向是与粒子运动方向垂直的,所以只会改变运动方向,而不会改变速度。而在电场力的作用下,粒子的速度不断增大,所以磁场力也不断增大,而在磁场力的不断作用下,粒子方向不断改变,最终在某一时刻,磁场力可以分解出一个与电场力方向相反大小相等的分力,和一个垂直于电场力方向的分力,此时,粒子只有垂直电场力方向的分力作用,速度继续增加,使粒子逐渐的向垂直电场力方向运动,该结果可以用机械能守恒来解释,就是电势能最终转化为动能。该结果是在匀强场中推论所得出的结果,如果电磁场是变化的,则结果更为复杂,没有一个统一的结果,但只要用受力分析和牛二定理就可以准确分析出结果。
1、带电粒子在电场中的运动问题:
研究对象:带电粒子
物理过程:如果粒子的速度与电场方向在同一直线上,则粒子在电场中做变速直线运动——如粒子被电场加速,粒子在电场中减速。或者粒子在电场中偏转,通常是粒子垂直于电场方向进入电场,做类平抛运动。
所用知识:动能定理,功能关系——粒子动能与电势能之间的相互转化;牛顿第二定律+运动学公式
以及:匀强电场中场强与电势差之间的关系E=U/d,注意到“电场线方向是电势降低最快方向”,上述基本关系式可以等价为
E=U/d=-Δφ/Δx,其中Δφ表示电势沿着电场线方向的增加,Δx表示对应于电势变化的位置改变。
2、带电粒子在匀强磁场中的运动问题:
在中学阶段,通常考虑粒子垂直于磁场进入的情景(因为粒子平行于磁场进入不受洛仑兹力,所以这种情况极其简单)。按照洛仑兹力的特点,粒子在磁场中将做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力。
对于此问题,常用到的知识点主要有两个方面:
第一,物理知识:牛顿第二定律 qvB=mv^2/r ,v=rω, ω=2π/T=qB/m
第二,数学知识:主要是用平面几何中,圆的知识。
难点:当然是确定粒子的圆轨道,轨道圆心往往是解决的关键。