【第13章 qE·ΔY = ½ m (Vₓ² + Vᵧ²) − ½ m V₀²】
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張蘇容一邊畫,一邊口中念念有詞。
“假設在三維空間中,存在一個非均勻的交變電磁場。
電場方向沿Y軸正方向,大小恒定為E。
磁場方向沿Z軸正方向,但其磁感應強度隨 Z 軸坐標呈線性梯度變化,即:
B = B_0 + kZ (k 為常數)。”
他在黑板上標出了很多場線,整個圖形看起來就像是一團亂麻。
“現在,一個質量為m、帶電量為+q的粒子,
從坐標原點 (0,0,0) 以初速度 V_0 射入,
速度方向在 X-Z 平麵內,且與X軸成θ角,不計重力。”
張蘇容轉過身,笑眯眯地看著台下那群已經呆若木雞的學生,最後道。
“第一問:”
“求該粒子在運動過程中,沿Z軸方向能到達的最大坐標 Z_{max}。”
“第二問:”
“證明粒子在X-Y平麵上的投影軌跡,是一個非標準的變曲率螺旋線,並求出其曲率半徑隨時間的演化方程。”
全班死寂。
落針可聞。
別說是普通學生。
就算是理科尖子生,看到這個題目也得頭皮發麻。
這完全是物理競賽級別的大題吧!
非均勻磁場、交變空間、三維運動分解……
每一個要素都在挑戰著高中生的智商。
“這特麼是碳基生物能做出來的題?”
張博威在心裡驚訝道。
演都不演了是吧?
他現在非常肯定這題出出來就是為了整他們。
張老頭很滿意大家的反應,悠哉遊哉地喝了一口枸杞茶。
“給你們二十分鐘。”
“這題不用全解出來,誰能把第一問的思路理清,或者寫出核心方程,就算及格。”
林言皺眉,“不得不說......”
“有點難啊!”
林言發自內心的感慨,牛頓的1%可能有點少了。
“先試試。”
“線性梯度磁場B = B_0 + kZ......”
“切割著磁感線......”
“受力偏轉......”
“極限位置 Z_{max}......”
“嘖,還是不行啊。”
林言皺著眉,總覺得還差了點什麼,要是誰能點醒他一點點,感覺就能做出來了。
“哎,有了!”
林言偏過頭,看向旁邊的蘇清顏。
雖然有些不厚道,但我大大方方看這總不能說我了吧。
這隻是尋找靈感又不是抄襲。
林言煞有其事的點頭,反正張老頭也不介意,因為他知道解不出來所以偷看也沒用。
此時的蘇清顏,已經完全進入了心無旁騖的狀態。
她抽出一張草稿紙,碳素筆在紙上快速寫著。
蘇清顏選擇了最穩妥“正向推導法”。
林言看著她的草稿紙,暗暗咋舌。
蘇清顏的思路非常清晰:
1. 將運動分解為 X、Y、Z 三個正交方向。
2. 根據牛頓第二定律,分別列出三個方向的方程:
mΔv_x /Δt = q v_y (B0 + k z)
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mΔv_y /Δt = q E - q v_x (B0 + k z)
mΔv_z /Δt = 0
(等等,這裡有陷阱!)
蘇清顏的筆尖突然頓住了。
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