Edits to “Условие”, “Решение”, “Ответ”

jzmicer edited
revision #14631 parent #14630 ← older newer →
@@ -1,16 +1,51 @@
### Условие
−$10.1.12.$ [Вставьте условие задачи]
+$10.1.12^*$ Вдоль однородного магнитного поля индукции $B$ из одной точки
+со скоростью $v$ вылетают электроны, имея малый угловой разброс $δα$. Определите, на каком расстоянии от места вылета пучок будет иметь минимальный
+поперечный размер, и оцените его.
### Решение
+Перед решением этой задачи рекомендую ознакомится с задачей 10.1.10.
−![К задаче $10.1.12$ |988x945, 31%](../../img/10.1.12/Zrzut ekranu 2025-05-27 221132.png)
+Иллюстрация и идея решения взята из издания "Слободянюк А.И.
+«Очень длинные физические задачи» Часть 2. Задачи 10 – 18"
+![К задаче $10.1.12$ |988x945, 100%](../../img/10.1.12/Zrzut ekranu 2025-05-27 221132.png)
+Движение каждой частицы будет
+происходить по винтовой линии, радиус которой зависит от угла вылета частицы.
+Причем все спирали не будут соосны, а будут
+касаться одной прямой - оси пучка. Если угол вылета частиц к вектору магнитной индукции мал, то все
+траектории-спирали будут иметь приблизительно одинаковый шаг (Допущение 1),
+поэтому на расстоянии шага спирали будет наблюдаться эффект
+фокусировки частиц.
−Вдоль однородного магнитного поля индукции B из одной точки
−со скоростью v вылетают электроны, имея малый угловой разброс δα. Опреде-
−лите, на каком расстоянии от места вылета пучок будет иметь минимальный
−поперечный размер, и оцените его.
+Рассмотрим группу частиц вылетевших под одинаковыми углами $\beta$ к оси
+пучка. За некоторый промежуток времени t они пройдут дугу окружности
+$ϕ = \frac{2πt}{T}$ (T- циклотронный период) радиуса $R=\frac{m_evsin\beta}{eB}$, удалятся от оси пучка на расстояние $r=\mid2Rsin\frac{\varphi}{2}\mid$ и сместятся на расстояние $x = vt cos\beta$ вдоль этой оси. Из этого получим:
+$r=\mid2\frac{m_evsin\beta}{eB}sin\frac{2\pi x}{2Tvcos\beta}\mid=\mid2\frac{m_evsin\beta}{eB}sin\frac{eBx}{2m_evcos\beta}\mid$ (1)
+
+$\beta\leq\frac{δα}{2}$, угол $δα$ малый, значит $cos\beta\approx1$, $sin\beta\approx\beta$ (Допущение 2)
+
+Ширина пучка будет определяться частицами, вылетевшими под максимальным углом $\beta=\frac{\delta\alpha}{2}$, то есть функция
+зависимости радиуса пучка от координаты x имеет вид
+
+$r(x)=\frac{mv(\delta\alpha)}{eB}\mid sin(\frac{eBx}{2mv})\mid$ (2)
+
+Минимумам данной функции соответствуют "фокусные расстояния" системы:
+
+$x_f=\frac{2\pi mv}{eB}k, k\in N$ (3)
+
+Заметим, что при малых $k$ Допушение 1 работает лучше (см. рис.), поэтому в ответ записываем значение при $k=1$
+
+Для определения ширины пучка в области фокуса необходимо учесть
+зависимость продольной компоненты скорости от угла вылета. Для этого внесем в Допушение 2 уточнение для косинуса: $cos\beta\approx1-\frac{\beta^2}{2}$ (Допущение 3), и перепишем уравнение (1) для области фокуса:
+
+$r(x)=\frac{2m_ev\beta}{eB}\mid sin(\frac{eBx_f}{2m_ev(1-\frac{\beta^2}{2})})\mid=\frac{2m_ev\beta}{eB}\mid sin(\frac{\pi}{1-\frac{\beta^2}{2}})\mid$ (4)
+Максимальное значение этой функции соответствует максимальному углу
+вылета, поэтому ширина пучка определяется формулой
+
+$r_{max}=\frac{m_ev(\delta\alpha))}{eB}\mid sin(\frac{\pi}{1-\frac{\delta\alpha^2}{8}})\mid\approx\frac{πm_ev(δα)^3}{8eB}$
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$x_f = \frac{2πm_ev}{eB}, r_{max} = \frac{πm_ev(δα)^3}{8eB}$