模拟计算机 电磁,计算机模拟带电粒子在电磁场中的运动.pdf
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第29卷 帮 3期 上海师范大学学报 (自彝!科《学版) V0I_29，N o．3
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计算机模拟带电粒子在电磁场 中的运动
涂 泓 ，朱炯 明，周寻路
一 0；
(E海师范大学 理工信 岜学院，上海 Z00234-) J ；i
丁f'
摘 要 ：舟绍了用VisualBasic软件模拟带电粒子在电磁场中的运动实验的主要思想及设计
过程 ．某些物理宴验 ，如用传统方法实现存在着许多问题 ．将现代 的教育技术应用 于这些实验 ，
问题就迎 刃而解 了-
关键词 ：VisualBasicl电磁场：轨迹
中图分类号 ：TP399；O441．5 文献标识码 C 文章编号 ：1000-5137(2000)03—0094—07
0 引 言
物理学是以实验为重要研究手段的学科．然而，由于实验条件及观察手段的限制，事
实上许多实验很难实现 例如带电粒子在 电场和磁场共 同作用下其运动规律 比较复杂，难
以由理论分析给出一个直观 的图象，也不易用传统 的方法来实现这个实验．像这一类 的实
验还有很多 ，这是传统的实验方法不能克服的弱点．所 以人们一直在尝试如何更精确、方便
地实现这些实验 ．
计算机具有强大而高速的计算功能，利用它能精确地模拟各种存在实际操作 困难的实
验 ，并把会引起误差的一些环境和人为固素排除在外，大大提高实验的直观性．这与过去
习惯意义上的实验有很大区别．它不可能完全取代传统实验 ，但也可以认为是在物理实验
方法上的另辟蹊径 ，对 引起学生 的兴趣 ，提高教学质量都是非常有利 的．
本文主要介绍如何用 VisualBasic(简称 VB)语言模拟带 电粒子在 电磁场 中的运动这一
实验 ，从而得到在 电场和磁场分别作用下 以及共 同作用下粒子运动 的一个直观 图象 ．
1 带 电粒子在 电磁场 中运动 的实验
当静 电场 中某点的电场强度E 已知时，位于该 点的电量为q的任一点电荷所受到的静
收稿 日期 ：199911—04
作者简升 ：徐龇 (1976一)，女 ，上海师范大学理工信息学院 99级研究生．朱炯 明 (1948一)，男，上 海师范
大 学理工信息学院刖教授
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第 3期 绦私等 ：计算机模拟 带 电粒子在 电磁场 中的运动
电力为
F 一 ． (1．1】
本实验研究的电场为匀强 电场 ，粒子所受力 的方向与 电力线平行 (如 图 1所示)·
图 1 带 电粒子在 电场 中的量力情况
困 2 带 电粒子在磁场 中的受力皿运动情况
当带 电量为 g的带 电粒子 速度 v通过磁感应强度为B 的空间某 点时 ，它受到 的磁场
力为
F 一 × B ． (1．2)
由上式可知 ，粒子所受洛仑兹力 F的方 向与 和 的方 向都垂直 ，并符合右手螺旋定刚．
如果带 电粒子 的初速度 与B垂直 ，在 以后的各个时刻 ，粒子 的速度 v也都与 B垂直．粒子
所受的洛仑兹力的大小始终为F=qvB．无论磁场 中运动 电荷的速度P怎样，洛仑兹力F总
是与 垂直0．粒子在此力作用下将在与 B垂直 的平面上作匀速 圆周运动 (如 图2所示)．在
这里 ，洛仑兹力起
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