磁扩散与磁聚焦

实验目的

掌握轨道半径等于磁场半径时的发散与聚焦规律，会用几何关系解释。

实验原理

粒子在匀强磁场中做圆周运动，r = mv/(qB)。当 r = R（磁场圆半径）时，入射点、出射点、轨迹圆心和磁场圆心四点构成菱形，所以出射速度方向与入射点和磁场圆心的连线垂直。因此同一点射入的粒子平行射出（磁扩散），平行射入的粒子汇聚于同一点（磁聚焦）。

实验器材

• 圆形有界匀强磁场
• 带电粒子
• 粒子入射点与入射方向
• 粒子运动轨迹
• 粒子出射方向

实验步骤

1. 观察圆形磁场的范围和磁场方向
2. 令粒子从磁场边界同一点沿不同方向射入，观察轨迹
3. 比较各粒子射出磁场时的速度方向
4. 令一束平行粒子射入磁场，观察它们的汇聚位置
5. 找出入射点、出射点和两圆心构成的菱形

实验现象与结论

r=R 时，从同一点射入的粒子射出后方向相互平行；平行射入的粒子经磁场偏转后汇聚到磁场边界上同一点。结论：该规律的成立条件是轨道半径等于磁场区域半径，几何依据是四点构成菱形。

常见问题

磁聚焦的条件是什么？

粒子轨道半径等于圆形磁场区域的半径，且粒子平行射入磁场。

为什么出射方向会平行？

入射点、出射点和两圆心构成菱形，对边平行，使出射速度方向相同。