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文档简介

带电粒子在电磁场中运动轨迹 对称美的赏析 赤峰市田家炳中学漆波设计制做 大自然奇妙而又神秘的对称美普遍存在于各种物理现象 物理过程和物理规律中 从某种意义上讲 物理学的每一次重大突破都有美学思想在其中的体现 用对称性思想去审题 从对称性角度去分析和解决问题 将给人耳目一新的感觉 本文通过对带电粒子在电磁场中的运动问题的分析 体会其中的美学思想和对称美的感受 前言 带电粒子在电磁场中运动的 对称美赏析 制作 漆波 生活中从不缺少美 而是缺少发现美的眼睛 罗丹 例1一个质量为 电量为 的正离子 经电场加速后从a点正对着圆心o以速度v射入半径为r的绝缘圆筒中 圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度的大小为b 要使带电粒子与圆筒内壁碰撞两次后仍从a点射出 求正离子在磁场中运动的时间 设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失 不计粒子的重力 欣赏离子运动的轨迹构成了一颗星星 闪闪发光 例2 如图 空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场 左侧匀强电场的场强大小为e 方向水平向右 电场宽度为l 中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向外 右侧匀强磁场的磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里 一个质量为 电量为 不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的o点由静止开始运动 穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后 又回到o点 然后重复上述运动过程 求 1 中间磁场区域的宽度 2 带电粒子从o点开始运动到第一次回到o点的所用时间t 欣赏粒子在两磁场区的运动轨迹形成了一滴水珠 晶莹明亮 如图 两个共轴的圆筒形金属电极 其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝 和 外筒的外半径为 在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场 磁感应强度大小为 在两极间加上电压 使两筒之间的区域内有沿半径向外的电场 一质量为 带电量 的粒子 从紧靠内筒且正对狭缝 的 点出发 初速度为零 如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点s 则两极之间的电压u应是多少 不计重力 整个装置在真空中 例3 欣赏粒子的运动轨迹构成了一朵怒放的梅花 香气迎风而来 练习1 如图所示 在边界上方和下方分别有垂直纸面向里向外的匀强磁场 磁感应强度都为b 一质量为m 电量为q的负离子 以速度vo从边界上的p点沿纸面且垂直于边界向上射出 试分析离子的运动情况 并画出其运动轨迹 若将边界上方磁场的磁感应强度的大不改为2b 方向改为向外 则情况又会如何 物理学家温伯格说 目前物理学中最有希望的探索方法就是透过现象世界与表层结构的迷雾去发现隐藏在事物深处的对称性
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