磁场中的带电粒子 | 3D 模拟

关于这个模拟实验

该模拟展示磁场如何使运动电荷发生偏转。学生可选择质子、电子或 α 粒子，设定垂直于磁场的速度、沿磁场方向的速度和磁场强度，并调换磁场方向。当存在沿磁场方向的分量时，路径为螺旋线，否则为圆周。读数以真实单位给出半径、周期、回旋频率和磁场力。它适用于讲解运动电荷所受的力、半径公式，以及回旋加速器和质谱仪背后的原理。

学生可以探索什么

在粒子类型中切换质子与电子，观察转动方向相反。
将 B 的强度从 150 mT 提高到 400 mT，读取半径 r = mv/qB 如何减小。
增大垂直于 B 的速度，检验半径增大而周期 T 保持不变。
将平行于 B 的速度设为大于零，使圆周变为螺旋线。
切换 B 指出屏幕，使磁场反向，并在观察前预测新的转动方向。

学习目标

1解释为何磁场力能使电荷偏转而不改变其速率。
2利用 r = mv/qB 预测半径如何随速度、磁场和粒子种类而变化。
3认识到圆周运动的周期与速度无关。
4描述沿磁场方向的速度分量为何会产生螺旋线。

教师常问的问题

免费吗？

是的。该模拟免费使用，可在任何现代浏览器中运行，包括平板电脑和课堂白板，无需注册或安装。

为什么粒子会做圆周运动？

运动电荷所受的磁场力始终与其速度垂直。它只改变运动方向而不改变速率，因此粒子沿半径为 r = mv / qB 的圆周运动。

为什么周期与速度无关？

速度更快的粒子会沿更大的圆周运动，多出的路程恰好与增加的速度相抵消。周期 T = 2π m / qB 只取决于质量、电荷和磁场。

如何在课堂上使用？

选择一种粒子，拖动速度和 B 强度的滑块，然后按下重新开始粒子运动，让它再次发射。读取面板中的半径和周期，并与学生的预测进行比较。

嵌入这个模拟实验

免费嵌入你的学习平台、博客或班级网站。

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