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磁场与带电粒子运动闯关

看方向 · 算半径 · 选粒子

磁场看不见,但粒子的弯路会把它画出来

第 1 关看不见的磁场,怎么画?

先别背公式。拿一枚小磁针,放到磁体旁边转一圈。

小磁针每到一个位置,N 极指向都不一样。把这些方向顺着连起来,就得到磁感线。它不是空中真的有一根线,只是咱们画磁场的办法。

蓝点:磁场垂直纸面向外
图上的符号怎么认· 像箭头尖朝你,表示垂直纸面向外;× 像箭尾的羽毛,表示垂直纸面向里。点/叉越密,只是在说 B 越大。

热身:下面哪句话对?

第 2 关通电导线为什么会被推?

电流放进磁场,磁场会横着推它。这股力叫安培力。

磁场强弱
B
×
电流大小
I
×
有效长度
L
=
安培力
F

F = BIL (导线与 B 垂直时)

斜着放时是 F = BIL sin θ。平行时 θ = 0,力就是 0;垂直时力最大。

左手定则:判受力

B 穿入掌心四指:I拇指:F

让 B 穿入手心,四指指向电流 I,拇指就是安培力 F。

右手螺旋定则:判电流的磁场

拇指:I四指弯曲:B 绕向

握住直导线,拇指指电流,弯曲四指就是导线周围磁场方向。别拿它判安培力。

判方向:磁场向里(×),电流向右,安培力朝哪?

再用一次右手:直导线电流垂直纸面向外(·)。在导线正上方,磁场朝哪?

第 3 关一粒电荷,也会被磁场推

把“一根导线”缩小到“一粒运动电荷”,安培力就变成洛伦兹力。

f = qvB (v 与 B 垂直;这里 q 指电荷量的大小)

q 是带多少电,单位 C;v 是跑多快,单位 m/s;B 是磁场强弱,单位 T。一般式是 f = qvB sin θ

正负电荷是判向开关正电荷:四指顺着速度 v,用左手定则。负电荷:先按正电荷判,再把结果整个反过来。电流方向本来就是正电荷定向移动的方向。

判方向:速度向右,磁场向里,这粒正电荷受力朝哪?

磁场永远不做功洛伦兹力始终和瞬时速度垂直,只拐弯,不推着它加速。所以磁场单独作用时,粒子的速率和动能不变,速度方向会变。

第 4 关模拟台:看粒子在磁场里打圈

四个控件都拖一遍。重点盯住半径 r 和周期 T。

轨道半径 r = mv/(qB)
2.50 cm
周期 T = 2πm/(qB)
0.079 μs
速率(磁场不改它)
4.0×10⁶ m/s
刚进入时向哪弯
正电荷:向上
|q| 固定为 e = 1.60×10⁻¹⁹ C
现在看到的规律速度变大,半径变大;周期不含 v,所以周期不变。

实验结论:只把 v 从 2×10⁶ m/s 调到 4×10⁶ m/s,哪个量不变?

第 5 关易错坑:这 4 句话别踩

每题选“对”或“错”。交卷后会告诉你错因,不只报答案。

最短防坑口诀磁场只拐弯,不加速;负电荷反向判;v 大只让圆变大,不让周期变长;平行进入不受磁力。

第 6 关三台机器,都在“挑粒子”

速度选择器挑速度,质谱仪辨质量,回旋加速器把速度越推越大。

被选中的速度 v = E/B = 2.0×10⁶ m/s。

质谱仪同一 q、v、B 下,r = mv/(qB)。质量越大,轨道半径越大。它真正测的是比荷 q/m(或质荷比 m/q),不是“只看半径就一定知道质量”。
回旋加速器磁场只负责拐弯,交变电场才负责加速。非相对论范围内 T = 2πm/(qB) 与速度无关,电场就能按固定节拍在缝隙里一次次推它。

配对:给每句话选对机器。

挑战调 B,让粒子从出口飞出

正电荷从左边水平射入,磁场垂直纸面向里。只准调 B。

1 / 5 关已过 0 关每关 3 附加分
绿色缺口是出口。轨迹越弯,说明 B 越大。

通关测10 题,把整条线串起来

每次生成一套新数据。交卷后逐题讲,做对的题会把对应 3 分补上。

小抄考前 60 秒看这里