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带电粒子在磁场中运动周期公式推导

来源 :华课网校 2024-06-23 18:30:05

当带电粒子在磁场中运动时,它会受到洛伦兹力的作用,这个力会使粒子受到一个向心力,从而使粒子做圆周运动。我们可以通过对粒子受力情况的分析,推导出带电粒子在磁场中运动的周期公式。

我们假设一个带电粒子以速度v在磁场中做圆周运动,它的电荷量为q,磁感应强度为B。根据洛伦兹力的公式,粒子所受的向心力为F= qvB,这个力使得粒子做圆周运动。

我们可以通过牛顿第二定律来描述这个圆周运动。因为向心力是唯一的力,所以我们可以得到:

F = ma

其中,m为粒子的质量,a为粒子的加速度。因为粒子做圆周运动,所以它的加速度是向心加速度,即a = v²/r,其中r为圆周半径。

将向心力F和向心加速度a代入上式,得到:

qvB = mv²/r

移项得:

v = (qBr/m)^(1/2)

现在我们可以得到带电粒子在磁场中运动的周期公式。粒子做圆周运动的周期为T,它等于粒子在一周内所运动的距离除以它的速度,即:

T = 2πr/v

将v代入上式,得到:

T = 2πm/(qB)^(1/2)

这就是带电粒子在磁场中运动的周期公式。

通过这个公式,我们可以看出,粒子在磁场中运动的周期与粒子的质量、电荷量以及磁感应强度有关。当磁场强度增加时,周期将会减少;当粒子电荷量或质量增加时,周期也将会增加。

总之,带电粒子在磁场中做圆周运动的周期公式是一个重要的物理公式,它在许多领域都有应用,例如粒子加速器、磁共振成像等。

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