电磁复合场中的配速法教学动画

带电粒子在正交电磁场中的摆线运动与速度分解

粒子运动模拟

时间: 0.0 秒

粒子位置: (0.0, 0.0)

初速度大小: 5.0 m/s

分速度 v₁: 5.0 m/s

分速度 v₂: 0.0 m/s

圆周运动半径: 0.0 米

粒子带电量: -1.0 C

参数控制

10.0 N/C
2.0 T
-1.0 C
5.0 m/s
100%
1.0x

显示选项

配速法原理

配速法是解决带电粒子在正交电磁场中运动问题的有效方法。当粒子同时受到电场力(FE = qE)和洛伦兹力(FB = qv×B)作用时,其运动轨迹为摆线(旋轮线)。

v = v1 + v2
其中 v1 = E/B,使 qE = qv1B

配速法的核心思想是将粒子的初速度分解为两个分量:

这两个运动的合成即为粒子的实际运动轨迹——摆线。在上面的动画中,您可以看到一个圆在X轴上水平运动,粒子在这个圆上做圆周运动,直观展示了配速法的合成原理。

关键要点:

  • 当 v = E/B 时,粒子做匀速直线运动
  • 当 v = 0 时,粒子做摆线运动,轨迹为普通旋轮线
  • 当 0 < v < E/B 时,粒子做短幅摆线运动
  • 当 v > E/B 时,粒子做长幅摆线运动
  • 圆周运动的半径 R = mv2/(qB),角速度 ω = qB/m
  • 粒子带电量符号决定圆周运动的方向