编写程序,用Matlab数值模拟的方法,模拟带电粒子在均匀分布的正交电磁场中的螺旋运动,带电粒子进入磁场的方向与磁场方向之间的夹角为θ,(0<θ<90°)。自行设定参数,观察并记录以下三种情况带电粒子的运动轨迹图: (1) 电场强度和磁场强度都不为零; (2)电场强度为零,磁场强度不为零; (3)电场强度不为零,磁场强度为零。
时间: 2024-02-11 11:09:36 浏览: 57
带电粒子在电磁场中运动的MATLAB仿真-(1)_轨迹_带电粒子_matlab_粒子运动_非均匀电磁场_
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以下是使用Matlab进行数值模拟的示例代码:
首先,需要设置模拟中使用的物理常数和模拟参数,例如:
```
% 物理常数
q = 1.602e-19; % 电荷量
m = 9.109e-31; % 粒子质量
c = 299792458; % 光速
% 模拟参数
B = 1; % 磁场强度
E = 1; % 电场强度
theta = pi/4; % 粒子进入磁场的方向与磁场方向之间的夹角
v0 = 1e6; % 初始速度大小
tspan = [0, 1e-7]; % 时间范围
options = odeset('RelTol', 1e-6, 'AbsTol', 1e-9); % ODE求解器参数
```
然后,需要编写一个函数,输入为时间和粒子的位置和速度,输出为粒子加速度的值。根据洛伦兹力的公式,粒子的加速度可以表示为:
```
function a = particle_acceleration(t, x, v, B, E, theta)
% 计算粒子加速度
q = 1.602e-19; % 电荷量
m = 9.109e-31; % 粒子质量
c = 299792458; % 光速
% 计算洛伦兹力和电场力
F_B = q*cross(v, B*[0;0;1]);
F_E = q*E*[cos(theta); sin(theta); 0];
% 计算加速度
a = (F_B + F_E)/m;
end
```
接下来,在主函数中调用ODE求解器来求解微分方程。根据题目要求,需要分别模拟三种情况,例如:
```
% 情况1:电场强度和磁场强度都不为零
[T1, X1] = ode45(@(t, x) particle_acceleration(t, x, v, B*[0;0;1], E*[cos(theta); sin(theta); 0]), tspan, [0;0;0;v0*cos(theta);v0*sin(theta);0], options);
% 情况2:电场强度为零,磁场强度不为零
[T2, X2] = ode45(@(t, x) particle_acceleration(t, x, v, B*[0;0;1], [0;0;0]), tspan, [0;0;0;v0*cos(theta);v0*sin(theta);0], options);
% 情况3:电场强度不为零,磁场强度为零
[T3, X3] = ode45(@(t, x) particle_acceleration(t, x, v, [0;0;0], E*[cos(theta); sin(theta); 0]), tspan, [0;0;0;v0*cos(theta);v0*sin(theta);0], options);
```
最后,可以使用Matlab的绘图函数绘制粒子的运动轨迹。例如:
```
% 绘制情况1的运动轨迹
figure;
plot3(X1(:,1), X1(:,2), X1(:,3));
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('情况1');
% 绘制情况2的运动轨迹
figure;
plot3(X2(:,1), X2(:,2), X2(:,3));
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('情况2');
% 绘制情况3的运动轨迹
figure;
plot3(X3(:,1), X3(:,2), X3(:,3));
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('情况3');
```
需要注意的是,粒子的运动轨迹取决于模拟中使用的物理常数和模拟参数,需要根据具体情况进行调整。
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