从“ 两个半径的大小关系”入手分析 带电粒子在圆形磁场中的运动

带电粒子在磁场中的运动涉及到的物理知识和方法较多, 学生在运动情境的再现和几何关系的寻找上 更是感到非常困难. 这其中尤其以圆形磁场中的运动问题较难, 涉及到两个圆及圆与边的复杂的关系, 对粒子运动 的约束条件较为隐蔽, 此类问题学生感到无从下手. 本文从圆形磁场区域半径R和带电粒子轨迹半径r的大小关系 入手, 详细梳理了粒子在圆形磁场区域中运动的特点, 并在解决两个难解例题中加以了应用     

相对论磁控管中自磁场的影响

针对相对论磁控管中自磁场的产生与分布、自磁场对电子运动的影响以及自磁场对互作用的影响进行了深入分析。分析认为,由于自磁场分布的不对称,自磁场对不同区域电子束的作用不同。加速器一侧的电子束受到更明显的自磁场作用,促使此区域的电子束角向速度增加,直接激化模式竞争。同时,如果阴极比较靠近加速器一侧的1/4区域(距磁控管对称中心大约1/4高度),模式竞争将进一步被激化。     

自感和互感

电磁感应的两种类型第一种类型我们知道当带电体在磁场中运动时,它会受到一个力,叫做洛仑茲力。例如一个带电质点在均匀磁场中运动时,如果它原来的速度与磁场垂直,那么它受洛仑茲力作用的结果就会作圆周运动;如果原来速度与磁场平行那么洛仑茲力为零,带电质点就直线等速前进;如果原来速度与磁场有一任意倾斜角,则质点将作螺旋式的运动。值得注意的是,无论哪种情况质点速率都不变,也就是说洛仑茲力并不对质点作功,因此不能使质点获得能量,而只能影响质点运动的方向。现在来考察一根导线在磁场中运动的情况。为简单计假定磁场方向、导线和运动方向互相垂直。这时导线中的自由电子,象上述带电质点一样,因为受到洛仑茲力,就有作圆周运动的趋势,但由于导线对于电子     

解析几何法在磁场边界类问题中的应用

带电粒子在磁场中的运动常常以压卷题的形式出现在各地模拟卷和高考卷中．这类命题综合性强,难度较大,要求学生能灵活地把数学思想方法与物理模型相互渗透．而“应用数学处理物理问题的能力”正是《考试说明》提出的“五种能力”之一．分析近三年的磁场类命题,可以发现“求磁场分布区域”或“求粒子运动区域”出现的频率较高,它们的核心就是“求磁场中的瞌线方程”,而求曲线方程正是解析几何的基本问题之一,因此我们完全可以用数学方法来探求．     

气轨上的电磁感应实验

我们参考文献设计了气轨上的电磁感应实验。载有线圈的滑块系统在固定磁场中运动,用它的能量转换来验证电磁感应定律。载有线圈的滑块进出磁场区域时,线圈的磁通发生变化,线圈内将产生感生电动势。若在线圈的两端接入一个电阻r,构成闭合回路就产生感生电流。因而在电阻r两端就有电压降U。载有线圈的滑块在磁场区域内的位置和速度的变化,都直接影响线圈中磁通的变化,从而U值的大小和方向也将相应变化。闭合线圈中磁通的变化所产生的感生电     

横向磁场作用下Taylor-Couette湍流流动的大涡模拟

采用大涡模拟方法对横向磁场作用下导电流体Taylor-Couette湍流流动进行数值模拟,以研究其运动规律.计算模型为无限长度,半径比为1/2.雷诺数分别选取为3000和5000,磁场加载方式为全局磁场,哈特曼数取值0—50.对磁场作用下泰勒涡的演化过程、速度分布和湍动能分布进行分析,并与轴向磁场作用下泰勒涡演化过程进行对比.结果表明:磁场对流场有显著的抑制作用,扭曲的泰勒涡在横向磁场的作用下破裂成小尺度涡结构,并沿磁场方向排列;在外圆筒和垂直于磁场方向的区域,磁场抑制效果较强;随着雷诺数的增加,磁场抑制效果减弱,在流场不同区域,流动呈现出不同的特点.与轴向磁场相比,横向磁场对流场的抑制效果较弱,流场分布呈现出明显的各向异性.     

磁通运动的电压噪声频谱分析和动力学相变

用Langevin分子动力学方法模拟磁通运动的纵向电压噪声谱随磁场和电流的变化.计算结果表明，外加磁场增大到磁通运动动力学相变场F_P，电压噪声 谱中低频宽带噪声减小而出现洛伦兹形高频窄带噪声.外加磁场增大到熔化场F_m附近，高频窄带噪声 峰值增高 ，峰值对应频率增大.在外加电流增强到磁通弹性运动区域，高频窄带噪声频谱呈现搓衣板 形式.搓衣板高频窄带噪声产生于磁通平移速度的周期性调制，它表明层状超导体中运动的 磁通格子存在有平移序的BG相. 关键词： 第Ⅱ类超导体 电压噪声 动力学模拟     

对一道带电粒子在磁场中运动的问题的讨论

一道高中《 物理·选修3 1》第三章中带电粒子在磁场中运动的问题, 运用到了圆形磁场的结论, 即从 一点进入圆形磁场的所有粒子如果轨迹半径都等于磁场的半径, 则这些粒子经磁场偏转后都平行穿出, 且都垂直 于过入射点的直径, 而这些粒子又分为两部分, 偏转一侧9 0 °范围内的粒子仅需一“ 梭形”区域即可穿出, 而另一侧 9 0 °范围内的粒子, 则需要整个圆形磁场“ 剪去” 那个“ 梭形” 区域剩余部分的磁场. 可能出题人都仅注意到了这一结 论, 忽视了此过程具有可逆性, 故给出的答案有些值得讨论的地方, 其实利用可逆性, 只需3个“ 梭形”磁场便可解 决, 也完全符合题目要求     

洛仑兹力公式中的V究竟是什么

运动电荷在磁场中所受的洛仑兹力 F=qV×B其中速度V的具体含义是什么?一般书上只是说,V是电荷q在磁场中的运动速度.而在实际中,存在三种理解:①电荷相对于磁场的速度[1].②载流导体中电荷相对于导体的速度.③电荷相对于观察者的速度. 如果磁场、载流导体和观察者相对静止,这些理解是等效的.但是,在一般情形下,①②两种理解是错误的,只有第③种理解才是正确的.下面我们分别说明.一、V不是电荷相对于磁场的速度 设空间某一区域有一均匀磁场B,一段导体以速度V向右运动.显然,无论是在相对于磁场静止的参考系K中,还是在相对于导体静止伪参考…     

在似稳条件下磁场的计算

在电磁学教学中计算似稳态的磁场时,一般教科书都明确指出,仍可用毕奥-沙伐尔定律,即(1)使用这一公式时,只需考虑真实电流,如低频交流电路中的传导电流、低速(v《c)运动电荷的运流电流,而不需考虑位移电流所激发的磁场。这就带来了几个问题:1.在计算低速运动电荷的磁场中为什么绝口不谈电荷运动引起的位移电流产生的磁场;2.考虑存在位移电流的情况下,安培环路定理必须修改而代之全电流定理 在真空情况下,可写为在磁场结构具有良好对称性的情况下用全电流定理求出磁场B,这是否会与根据(1)式计算出的结果相矛盾?3.在低频交流电路的局部地区,…     

高速直线运动电荷流产生磁场的讨论

电荷流是由电荷的定向运动形成的,根据毕奥-萨伐尔定律,得到等效电流,进而可以计算出磁场的磁感应强度公式。本文采用单个运动电荷的磁场公式得到电荷流在空间中某点产生的磁场,并阐述了根据狭义相对论得出高速运动的电荷流对应磁场的变化。     

紧凑型反应堆中的单粒子动力学

针对紧凑型聚变反应堆独特的磁势阱结构, 使用蒙特卡罗方法研究单个高能带电粒子的约束动力学行为。考虑到磁场位型的局域平坦性, 在足够小的计算区域或足够短的时间内, 带电粒子基本上在一个常数磁场中的运动。基于此, 给出精确保证能量守恒的粒子运动方程逐点解析解, 该计算方案具有长时间追踪的能力。模拟结果表明: 对于初始位置和速度方向随机分布的具有1千电子伏能量的高能氘粒子, 大约有7%的概率能够约束至10 ms量级。由于粒子运动方程的求解过程不依赖于具体的磁场位型, 所以它可以方便地应用到具有任意位型的磁约束装置中。     

运用电磁感应定律第二种表述的两个误解

电磁感应定律第二种表述告诉我们,磁场变化要引起感生电动势,导体运动要引起动生电动势。运用这个关系时,存在两个误解:①关于“磁场变化”,只注意了磁场所在区域的B是否随时间变化,没有注意到它也包括磁场分布区域在空间的位置是否随时间变化。②关于“导体运动”,只注意了它相对于磁场的运动速度,没有注意到更本质的是相对于观察者的速度, 在关于“电磁感应佯谬”的讨论中,一些作者曾多次提到永磁体从弹簧夹中拉出的实验[1]。在图一中,磁体被拉出时,感应电动势为零。这个结论是怎样得到的呢?一般认为,根据电磁感应定律的第二种表述:第一,…     

等离子体融断开关磁场Hall渗透机制的模拟研究

 利用自行研制的2-1/2维全电磁柱坐标粒子模拟程序对等离子体融断开关磁场渗透机制进行了模拟研究。模拟结果表明在磁场Hall渗透机制特征长度远远小于等离子体离子的无碰撞趋肤深度的条件下,等离子体内部磁场渗透过程主要由电子流体运动的Hall项来控制。对于等离子体空间分布存在较大的密度梯度的物理问题,必须考虑二维空间特性对磁场渗透速度的影响。在磁场已渗透经过的等离子体区域中,等离子体呈现非电中性,离子受静电场的作用会加速运动到达阴极,最终形成真空鞘层。     

用等圆相交对称性解磁场轨迹问题

带电粒在磁场中的轨迹问题,其本质是平面几何知识与物理知识的综合应用．由于这类问题灵活多变,最能体现学生数理结合的综合应用能力,历年来为高考命题者所青睐．带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹是圆弧,离不开圆的几何知识．当磁场区域受圆形边界约束时,轨迹问题实际上是二圆相交问题．利用等圆相交的对称性特点,可以快速、简洁地求解带电粒子在磁场中运动的轨迹问题．     

任意形状磁场区域感生电动势的研究

讨论任意形状磁场区域所产生的感生电动势的计算方法.首先讨论有限长直导线的情况.然后以圆形、矩形和三角形磁场区域为例来计算,结果表明不同形状的磁场区域对相同长度直导线所产生的感生电动势也不相同.其次研究了磁场对无限长直导线所产生的感生电动势.证明了磁场对无限长直导线所产生的感生电动势仅仅依赖磁场区域的面积大小而与磁场区域的具体形状和导线到磁场的距离等因素无关.     

磁场旋度对磁场漂移的影响

讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

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讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

带电粒子在交变电场和磁场中运动归类赏析

最近几年有关带电粒子在交变电场和磁场运动的试题在各地模拟考试题中时有出现;而测验的结果往往是学生的得分率很低,成为教学中的一个新的难点.原因是多方面的的,一是学生遇到这部分题目少,见到这种题就怕;二是学生未能深入掌握带电粒子在交变电场和磁场中运动的命题特点,而教     

椭圆区域变化磁场激发涡旋电场的分布

根据法拉第电磁感应定律的微分形式和磁场区域椭圆对称的特点，判知垂直于椭圆区域的变化磁场 激发的涡旋电场的电力线是位于与磁场垂直的平面内、 长短半轴之比与磁场区域的边界椭圆长短半轴之比相等的一系列同心椭圆；进而运用电场的高斯定理和环路积分，导出磁场区域内外涡旋电场的强度计算式，从而对椭圆区域变化磁场所产生的涡旋电场获得全面 的知识．