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1. 安培定律 设导线中每个自由电子以平均速度向右作定向运动，则每个自由电子在洛伦兹力的作用下以圆周运动的方式作侧向漂移，结果在导线的下侧堆积负电荷，上侧堆积正电荷，在上下两侧间形成一横向霍耳电场,此电场阻碍自由电子的侧向漂移，当电场力与洛伦兹力平衡时 §11-8 磁场对载流导线的作用 B EH （d）当 r R3 时 B = 0 R2 R3 I R1 I r 洛仑兹(Hendrik Antoon Lorentz, 1853-1928) 1895年，洛仑兹根据物质电结构的假说，创立了经典电子论。洛仑兹的电磁场理论研究成果，在现代物理中占有重要地位。洛仑兹力是洛仑兹在研究电子在磁场中所受的力的实验中确立起来的。 洛仑兹还预言了正常的塞曼效益，即磁场中的光源所发出的各谱线，受磁场的影响而分裂成多条的现象。 洛仑兹的理论是从经典物理到相对论物理的重要桥梁，他的理论构成了相对论的重要基础。洛仑兹对统计物理学也有贡献。 荷兰物理学家、数学家，因研究磁场对辐射现象的影响取得重要成果，与塞曼共获1902年诺贝尔物理学奖金。 §11-6 带电粒子在磁场中所受作用及运动 一、洛伦兹力 当带电粒子沿磁场方向运动时: 当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时: 一般情况下，如果带电粒子运动的方向与磁场方向成夹角? 时 洛伦兹力 大小： 方向：与 方向相同，即右手螺旋的方向 例11-3 宇宙射线中的一个质子以速率v= 1.0×107m/s竖直进入地球磁场内，估算作用在这个质子上的磁力有多大？ 这个力约是质子重量(mg=1.6×10-26N）的109倍，因此当讨论微观带电粒子在磁场中的运动时，一般可以忽略重力的影响。 解: 在地球赤道附近的地磁场沿水平方向，靠近地面处的磁感应强度约为B=0.3×10-4T ，已知质子所带电荷量为q=1.6×10-19C ，地磁场对质子的作用力为 2、速度方向与磁场方向垂直 洛仑兹力的大小 方向：垂直与速度的和磁场的方向 回旋半径 回旋周期 回旋频率 + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q, m R 1、速度方向与磁场方向平行 洛仑兹力为零，粒子作直线运动。 二、带电粒子在磁场中的运动 3、速度方向与磁场方向有夹角 把速度分解成平行于磁场的分量与垂直于磁场的分量 平行于磁场的方向： F//=0 ， 匀速直线运动 垂直于磁场的方向： F⊥=qvBsinθ，匀速圆周运动 总体上，粒子作螺旋线向前运动，轨迹是螺旋线。 回旋半径 回旋周期 螺距——粒子回转一周所前进的距离 h B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 螺距d与v⊥无关，只与v//成正比，若各粒子的v//相同，则其螺距是相同的，每转 一周粒子都相交于一点，利用这个原理，可实现磁聚焦。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 磁聚焦 磁聚焦 带电粒子在非均匀磁场中的运动 带电粒子进入轴对称会聚磁场，由于磁场的不均匀，洛仑兹力的大小要变化，所以不是匀速圆周运动。且半径逐渐变小。 使沿磁场的运动被抑，而被迫反转。象被“反射”回来一样——磁镜。 应用：磁约束 用于受控 热核反应中 地磁场，两极强，中间弱，能够捕获来自宇宙射线的的带电粒子，在两极之间来回振荡。 1958年，探索者一号卫星在外层空间发现被磁场俘获的来自宇宙射线和太阳风的质子层和电子层——Van Allen辐射带 非均匀磁场的应用：范?艾仑(Van Allen)辐射带 11-7 带电粒子在电场和磁场中运动的应用 电场力 磁场力 洛仑兹力的方向垂直于运动电荷的速度和磁感应强度所组成的平面，且符合右手螺旋定则。 带电粒子在电场和磁场中所受的力 ? q ? B v Fm 一、带电粒子在电场和磁场中所受的力 1、电子比荷（e /m）的测定 电子的电量和质量是电子基本属性，两者的比值(即比荷)的测定有重要的意义。1897年J.J. Thomson在卡文迪许实验室测量了电子比荷，为此1906年获Nobel物理奖。 二、带电粒子在电场和磁场中的运动举例 设电子在磁场中运动的纵向路径长度为 ，调节磁感应强度 ，使比值 为一整数。电子的纵向速度 可以由电子枪的加速电压 求得: 目前公认的数值为 2、质谱仪 引言：是用物理方法分析同位素的仪器，由英国物理学家与化学家阿斯顿于1919年建造，当年发现了氯与汞的同位素，以后几年又发现了许多同位素，特别是一些非放射性的同位素，为此，阿斯顿于1922年获诺贝尔化学奖。 原理图 速度选择器 + ? 从离子源出来的离子经过S1、S2加速进入电场和磁场空间，若粒子带正电荷+q，则电荷所受的力