Условие
14.4.21. Определите циклотронную частоту электрона, ускоренного разностью потенциалов $U=2\cdot10^{6}$ В, в магнитном поле индукции $B=10$ Тл.
Решение
Задачу будем решать в системе СГС. Запишем второй закон Ньютона для электрона, на который действует сила Лоренца:
$$\frac{\gamma m_{e}\upsilon^{2}}{R}=\frac{e\upsilon B}{c}\Longrightarrow \upsilon=\frac{eBR}{\gamma m_{e}c}$$
Так как $\upsilon=\omega R$, тогда:
$$\omega=\frac{eB}{\gamma m_{e}c} \tag{1}$$
Кинетическая энергия электрона:
$$K=eU$$
Полная энергия электрона:
$$E=K+m_{e}c^{2}=eU+m_{e}c^{2}$$
Согласно знаменитому уравнению Ейнштейна:
$$E=\gamma m_{e}c^{2}$$
Отсюда:
$$\gamma m_{e}c=\frac{E}{c}=\frac{eU+m_{e}c^{2}}{c}$$
Подставим в (1):
$$\omega=\frac{eBc}{m_{e}c^{2}+eU}=\frac{eB}{m_{e}c\left( 1+\frac{eU}{m_{e}c^{2}} \right)}$$
Переведя физические величины в систему СГС, получим:
радс$$\omega\approx 3,6\cdot10^{11} \text{ рад/с}$$
Ответ
$$\omega=\frac{eB}{m_{e}c\left( 1+\frac{eU}{m_{e}c^{2}} \right)}$$