带电粒子在磁场中的摆线运动轨迹

带电粒子在磁场中做摆线运动，轨迹呈现螺旋状。电子束进入均匀磁场后，沿磁场方向匀速前进，垂直方向做圆周运动。回旋半径由粒子质量、速度和磁场强度决定，公式为r=mv/qB。医院里的核磁共振设备利用这一原理，带电粒子在磁场中的精确控制形成图像基础。粒子加速器中，电子、质子等带电粒子通过磁场约束，形成特定路径。回旋频率只与磁场强度和粒子电荷有关，与速度无关，这一特性被广泛应用于粒子物理研究。

摆线运动在工业领域有重要应用，等离子体切割机利用带电粒子在磁场中的螺旋运动实现精确切割。磁约束聚变装置中，带电粒子沿磁力线做螺旋运动，形成高温等离子体。地球磁场捕获的带电粒子形成范艾伦辐射带，保护地球免受太阳风直接冲击。粒子检测器通过分析带电粒子在磁场中的偏转轨迹确定其动量和能量。这一原理还被用于质谱仪，分离不同质量的离子，实现物质成分分析。