物理教书匠 · 3D 磁镜效应与绝热磁矩守恒实验室

⚡ 粒子入射与磁场参数磁镜比 Rm = 5.0

中心入射角 θ₀ (与磁轴夹角) 50°

✅ 磁镜捕获区 (θ₀ > θc) 临界角 θc = 26.6°

磁场轴向梯度系数 k 2.5

粒子初速率 v₀ 4.2

带电粒子电性 (决定回旋手性)

🔬 3D 物理图层与炫酷特效

🎯 实时受力与速度 3D 矢量分解 📐 中心 3D 损失锥 (逃逸锥面) ⭕ 实时拉莫尔回旋圆盘 (看磁通守恒) 🧲 两端励磁线圈与电流脉冲环 ✨ 加粗霓虹发光轨迹带 (投影增强)

🎥 3D 空间角度与视距调节

水平方位角 (Yaw 旋转) 42°

俯仰观察角 (Pitch 倾角) 24°

相机视距缩放 (Zoom) 520

磁感线包络不透明度 0.55

📊 磁矩守恒与动能实时转化追踪：当前焦点粒子

总动能 E_k = ½mv₀² (洛伦兹力不做功) 100.0%

轴向平动动能 E_k∥ ∝ v_x² 41.3%

垂直回旋动能 E_k⊥ ∝ v_⊥² 58.7%

📈 磁阱分布 B(x) 与反射势垒 x = 0.0, B = 1.00 B₀

📘 核心物理原理 (课堂讲解要点)

① 绝热磁矩守恒：等效环形电流磁矩保持不变

μ = I·S = ½mv_⊥² / B(x) = ½mv₀²sin²θ₀ / B₀

② 径向磁场产生轴向恢复力：

F_x = -q·v_⊥·B_r = -μ · (∂B / ∂x)

当 B(x) 増至 B_m = B₀/sin²θ₀ 时，v_x → 0 发生磁镜反射。

③ 损失锥判据 (两端磁喉 B_max)：

sin θ_c = √(B₀ / B_max) = 1 / √R_m

若 θ₀ < θ_c，粒子在 v_x 减为 0 前冲出磁喉两端逃逸。

左侧强磁喉线圈 (-L)

右侧强磁喉线圈 (+L)

中心弱磁场区 (B₀)

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