当粒子速度 $v \perp B$ 时,洛伦兹力 $F = qvB$ 始终垂直于速度,仅改变速度方向,不改变大小,成为向心力:
周期 $T = \frac{2\pi r}{v}$,代入 $r$ 得:
注意:周期 $T$ 只取决于粒子的比荷 $(q/m)$ 和磁感应强度 $B$,而与粒子的运动速度、轨道半径无关(回旋加速器的设计原理)。
当发射速度 $v$ 与磁场 $B$ 存在夹角 $\theta$ 时,速度可分解为: • 垂直分量 $v_{\perp} = v\sin\theta$ 产生沿横截面的圆周运动 • 平行分量 $v_{\parallel} = v\cos\theta$ 产生沿磁场方向的匀速直线运动 两者叠加形成螺距为 $h = v_{\parallel} \cdot T = \frac{2\pi m v\cos\theta}{qB}$ 的螺旋线。
本模拟展示了带电粒子在匀强磁场中的经典力学行为。点击"发射粒子"开始追踪。 你可以改变: • 粒子速度 $v$(影响半径) • 磁场 $B$(影响半径和周期) • 质量 $m$(质谱仪原理演示) • 发射仰角 $\theta$(观察如何从纯圆周运动退化为螺旋线)