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§8-5带电粒子在电场和磁场中的运动 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： 的方向 洛伦兹力 矢量表达式： 二. 带电粒子在磁场中的运动 2.1 设有一均匀磁场，磁感应强度为 ，一电荷量为 、质量为 的粒子，以初速 进入磁场中运动。 （1）如果 与 相互平行 粒子作匀速直线运动。 （2）如果 与 垂直 粒子作匀速圆周运动。 周期 轨道半径 带电粒子在磁场中的作用 （3）如果 与 斜交成?角 粒子作螺旋运动。 带电粒子在磁场中的作用 （1）会聚磁场中作螺旋运动的带正电的粒子掉向返转 2.2 带电粒子在非均匀磁场中运动 带电粒子在磁场中的作用 带电粒子在磁场中的作用 （2）磁约束装置 带电粒子在磁场中的作用 （3）非均匀磁场的应用：范?艾仑(Van Allen)辐射带 带电粒子在磁场中的作用 三、 带电粒子在电磁场中运动的应用 带有电荷量 的粒子在静电场 和磁场 中以速度 运动时受到的作用力将是： 洛伦兹关系式 1. 磁聚焦 聚焦磁极 磁聚焦 电子显微镜中的磁聚焦 磁聚焦 磁聚焦 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。 电子的比荷 目前公认的数值为 磁聚焦 回旋加速器是用来获得高能带电粒子的设备。基本性能： 2. 使带电粒子在电场 的作用下得到加速。 使带电粒子在磁场 的作用下作回旋运动。 2. 回旋加速器 粒子的动能 轨道半径 粒子引出速度 回旋加速器 加速器 例11-4 一架回旋加速器的振荡频率为12MHz，D形电极的半径为54cm。求加速氘核（质量为3.3×10-27kg ,带电荷量为1.6×10-19C）需要多大的磁感应强度，氘核的最大动能和最大速度各为多少? 氘核的最大动能为 回旋加速器 氘核的最大速度为 这个速度和光速相比是比较小的。如果将电子加速到和氘核具有相同的能量，由于电子的质量远小于氘核，其速度就远大于氘核，这时必须考虑相对效应的限制。因而回旋加速器一般适用于加速质量较大的粒子，不宜用于加速电子。加速电子可利用电子感应加速器。 回旋加速器 3. 质谱仪 质谱仪是分析同位素的重要仪器。 从离子源产生的 离子，经过狭缝S1和S2之间的电场加速，进入速度选择器。从 速度选择器射出的粒 子进入与其速度方向 垂直的均匀磁场中， 最后，不同质量的离 子打在底片上不同位置处。冲洗底片，得到该元素的各种同位素按质量排列的线系(质谱)。 质谱仪 (1)速度与磁场垂直时，粒子轨道半径为： 对于同位素的离子，带电量应相同，因此，轨道半径仅仅由质量决定。每种同位素在底片上的位置不同，构成了质谱。如果底片上有三条线系，则元素应有三种对应的同位素。 质谱仪 (2)离子通过速度选择器的速度为： 只有上面速度的离子能通过速度选择器。 质谱仪 (3)某元素的一种同位素，速度和轨道半径分别为： 谱线位置与速度选择器的轴线间的距离应为轨道直径，即： 同位素的质量为： 质谱仪 4. 霍耳（E.C.Hall)效应 霍耳 霍耳效应