The solution at revision #19370 of , by jzmicer. This is not the current version.

Условие

10.1.12∗. Вдоль однородного магнитного поля индукции из одной точки со скоростью вылетают электроны, имея малый угловой разброс . 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.

Иллюстрация и идея решения взята из издания "Слободянюк А.И. «Очень длинные физические задачи» Часть 2. Задачи 10 – 18"

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, поэтому на расстоянии шага спирали будет наблюдаться эффект фокусировки частиц.

Рассмотрим группу частиц вылетевших под одинаковыми углами к оси пучка. За некоторый промежуток времени t они пройдут дугу окружности ( - циклотронный период) радиуса , удалятся от оси пучка на расстояние и сместятся на расстояние вдоль этой оси. Из этого получим:

, угол малый, значит , Допущение

Ширина пучка будет определяться частицами, вылетевшими под максимальным углом , то есть функция зависимости радиуса пучка от координаты имеет вид

Минимумам данной функции соответствуют "фокусные расстояния" системы:

Заметим, что при малых Допущение работает лучше (см. рис.), поэтому в ответ записываем значение при

Для определения ширины пучка в области фокуса необходимо учесть зависимость продольной компоненты скорости от угла вылета. Для этого внесем в Допущение уточнение для косинуса: (Допущение ), и перепишем уравнение для области фокуса:

Максимальное значение этой функции соответствует максимальному углу вылета, поэтому ширина пучка определяется формулой

Это выражение можно упростить, используя малость ( порядка!) угла , выражение для синуса суммы и Допущение:



Ответ