高校物理 要点・解法ノート
差がつく

磁場に斜めに入った粒子(らせん運動)

着眼点速度を磁場に平行な成分と垂直な成分に分ける。平行成分は等速直線、垂直成分は等速円運動で、合わせてらせん。

v_\perp = v\sin\theta,\quad v_\parallel = v\cos\theta,\quad r = \frac{mv_\perp}{qB},\quad \text{ピッチ} = v_\parallel T = \frac{2\pi m v\cos\theta}{qB}
例題
1
質量 m、電気量 q(>0)の粒子が、磁束密度 B の磁場と 60^\circ をなす向きに速さ v で入った。らせんの半径とピッチを求めよ。
解答
v_\perp = \dfrac{\sqrt3}{2}v、v_\parallel = \dfrac12 v。半径 r = \dfrac{\sqrt3\,mv}{2qB}。周期 T = \dfrac{2\pi m}{qB} なので、ピッチ = \dfrac v2\cdot\dfrac{2\pi m}{qB} = \dfrac{\pi mv}{qB}。
注意\theta が「磁場となす角」か「磁場に垂直な面となす角」かで sin と cos が入れ替わる。問題文で確認する。

「電流と磁場・ローレンツ力」の項目

  1. 向きの決め方(右ねじ・フレミング左手)必須
  2. 直線電流のつくる磁場と磁束密度必須
  3. 円形電流とソレノイドの磁場必須
  4. 電流が磁場から受ける力必須
  5. 平行電流間にはたらく力必須
  6. 磁場中のコイルが受ける偶力(モーターの原理)差がつく
  7. 磁性体(強磁性・常磁性・反磁性)不要
  8. ローレンツ力必須
  9. 一様な磁場中の等速円運動必須
  10. 磁場に斜めに入った粒子(らせん運動)差がつく
  11. 電場と磁場が直交する場(速度選別)差がつく
  12. ホール効果差がつく
  13. サイクロトロン不要

高校物理ノートの項目一覧 ・ 着眼点まとめ ・ ノート全体を開く(「理解した」のチェックと進み具合はノートに保存されます)