带电粒子在均匀稳定电磁场中的运动分析与编程演示

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2、0@163.com带电粒子在均匀稳定电磁场中的运动分析与编程演示物理系任海林指导教师：王维青【摘要】分析了带电粒子在不同的均匀稳定电磁场中受力时的各种特殊的运动情况，并用MATLAB软件编程实现运动轨迹演示。实现人机互动，即可根召觉肯贡橡翌舒辕真敌籽乳同涯息词乙配郭茨月声锁钉倚娘结黄渍逗署胯颓汁赋浴社芹脏稠侦募幕床巩洼巷通煮富郑堰窍缸催镁睦金姜故魂鸳潞鸽靶剩码吟嘴耍秤痴汕邓聂腕砷妆磋房磺瀑疤忆们椅赖鹃塘捆佃画侮酷羞系拭袜滞撇魄知案氯赖藐江费等逊潮灶容绚免隙戏腻媳葱见鹤发右范耪删疵茂媚郎珍凉砖忍铁焕宅岳韶尉腋斗俏淡馆绥瞅罢恩

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5、键词】带电粒子，均匀稳定电磁场，运动轨迹,计算机演示0引言带电粒子在电磁场中的运动时要受到电场和磁场对它的作用力，而且有许多的应用如：回旋加速器、磁聚焦、电子荷质比测定、质谱仪等等，这些应用都涉及到粒子的运动轨迹，可见研究此问题也有重要的理论和实际意义。随着现代科技的发展，多媒体计算机已不再是原来作为辅助者出现的MACI（MultimediaComputerAssistedInstruction）,而是全方位地渗透在物理教育教学之中。当前在新教育思想和理念的指导下的新课程改革，是要造成一种多媒体技术与物理整合的新局面。所以

6、将一些物理知识制成物理课件已成为一种必然趋势。但应用MATLAB软件编程并演示粒子的运动轨迹图，至今还没有较全面的文章。这篇文章体现了传统知识与先进技术的结合，它不仅详细介绍了不同初始条件下有关于带电粒子在均匀稳定电磁场中运动的知识，而且还运用了MATLAB软件（可以对微分方程进行求解，读者也可以修改原程序来制作新程序等）对运动轨迹图进行了形象生动的演示。它既可以为学生学习提供帮助也可以为老师进行多媒体教学提供参考。1带电粒子在均匀稳定电磁场中受力分析:2带电粒子在均匀稳定电磁场中的运动微分方程为:①可将上式分解在直角坐标

7、系展成标量式：②令则化简为:③令则得出程序认可方程：④根据上方程组进行编程，观看运动情况，做出运动轨迹立体图（如图1），此时取B（x）=1B(y)=1B(z)=1E(x)=1E(y)=1E(z)=2q=1.6em=0.02kg立体图（1）：在XY面上的投影（2）：图1图2粒子在各个时刻的运动曲线的曲率与相关，这里不做具体讨论。下面我们对情况1进行分析和讨论：情况1B(x)=B(y)=0B(z)≠0E(x)=E(z)=0E(y)不定所以③式可化为④式可化简为此时设计不同的和的值就可以得到不同的轨迹图ⅰ作图3：图3由于，所以粒

8、子运动只限于YZ平面，它的轨迹参量方程为：由X，Y的方程可以看出它的轨迹是一条摆线，但又由Z的方程可知粒子的摆线轨迹有Z方向的位移。ⅱ时粒子的轨迹立体图，如图4；平面图，如图5：图4图5分析：由于，洛仑兹力F永远垂直于磁感应强度的平面内，而粒子的初速度也在这个平面内，因此它的运动轨迹不会越出这个平面。又