帶電粒子在電磁場中的運動

朱志平

(渭南師范學院數理學院，陜西 渭南714099)

0 引言

帶電粒子在電磁場中的運動規律在物理學和科學技術的許多研究領域有著重大意義。就應用而言，質譜儀、示波管、電子顯微鏡、電視顯像管、磁聚焦、粒子加速器等都與它有密切關系。［1］就基礎研究而言，人們對原子核和基本粒子的認識大多來源于對其間相互碰撞過程的研究，而帶電粒子的碰撞過程則與它們在電磁場中的運動規律密切相關。對于空間物理和天體物理的研究，其研究對象大多是等離子體，其中又存在著各種磁場(如地球磁場、太陽磁場、恒星磁場、星系磁場等)，研究帶電粒子在這些磁場中的運動對許多現象和過程的認識至關重要。

對于在電磁場中運動的帶電粒子，因受庫侖(Coulomb)力和洛侖茲(Lorentz)力作用，其運動方程為:

其運動規律比較復雜，難以由理論分析給出一個直觀的圖像，也不易用實驗方法實現。因此，在研究帶電粒子在電磁場中的運動規律時，可以借助MATLAB軟件功能將帶電粒子在電磁場中的運動直觀地描繪出來。［2－4］

1 帶電粒子在均勻恒定電磁場中的運動

1.1 帶電粒子在均勻恒定電場中的運動

帶電粒子在電場中，受電場力作用，其運動方程為:

在水平方向(x方向)粒子的運動方程為:

在鉛直方向(y方向)粒子的運動方程為:

當α=0或π時，粒子的運動軌跡為:

當α≠0或π時，粒子的運動軌跡為:

取 E=1 N/C，q=1．6 × 10－19C，m=1．6 × 10－19kg=2 m/s，對粒子以不同入射角進入電場進行模擬，模擬圖如圖1所示。

圖1 帶電粒子在均勻恒定電場中的……