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大学物理学电子教案 洛伦兹力 §9-3 带电粒子在磁场中的运动 复习 安培力 磁场对载流线圈的作用 §9-3 带电粒子在磁场中的运动 实验 一、洛仑兹力 磁场对阴极射线的作用 磁场对导电液体中作径向运动的离子的作用 + 射线偏转 可以由安培定律推出 洛仑兹力与安培力的关系 则每个运动带电粒子在磁场中所受的洛仑兹力为 由安培力 及 代入安培力公式，得 qdN F B r r ? = r v d 大小： 方向：垂直于（ ）平面 方向 方向 特点：不改变 大小，只改变 方向。 不对 做功。 因为： 粒子在同时存在电场和磁场的空间运动时，所受的合力为： 电场力 磁场力 ——洛仑兹关系式 根据牛顿第二定律 运动情况一般会比较复杂 洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz, 1853-1928) 1895年，洛伦兹根据物质电结构的假说，创立了经典电子论。洛伦兹的电磁场理论研究成果，在现代物理中占有重要地位。洛伦兹力是洛伦兹在研究电子在磁场中所受的力的实验中确立起来的。 洛伦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中的某种特殊现象。 洛伦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。洛伦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。 2、速度方向与磁场方向垂直 洛伦兹力的大小 方向：垂直与速度和磁场的方向 + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q, m R 二、带电粒子在磁场中的运动 1、速度方向与磁场方向平行 带电粒子受到的洛伦兹力为零，粒子作直线运动。 回旋半径 回旋周期 回旋频率 圆周运动 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 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 3. 与 有交角 电子在磁场中的运动 应用 电子光学 , 电子显微镜等 . 磁聚焦 在均匀磁场中某点 A 发射一束初速相差不大的带电粒子, 它们的 与 之间的夹角 不尽相同 , 但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋线运动, 因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点, 此现象称之为磁聚焦 . h B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *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 在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。 绚丽多彩的极光 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 1、 回旋加速器 美国物理学家劳伦斯于1934年研制成功第一台加速器 劳伦斯于1939年获诺贝尔物理学奖。 三、带电粒子在电场和磁场中的运动举例 结构： 密封在真空中的两个金属盒（D1和D2）放在电磁铁两极间的强大磁场中，两盒间接有交流电源，它在缝隙里的交变电场用以加速带电粒子。 目的： 用来获得高能带电粒子——轰击原子核或其它粒子，观察其中的反应，研究原子核或其它粒子的性质。 原理： 使带电粒子在电场与磁场作用下，往复加速达到高能。 交变电场的周期恰好为回旋周期时——粒子绕过半圈恰好电场反向，粒子又被加速。 因为回旋周期与半径无关，所以粒子可被反复加速，至用致偏电极将其引出。 回旋频率 当粒子到达半圆边缘时，粒子的速率为（ R0为最大半径） 粒子动能 兰州重离子加速器 北京正负电子对撞机 合肥同步辐射加速器 我国最大的三个加速器 现象: 1879年霍耳发现: 载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳效应。相应的电势差称为霍耳电势差（霍尔电压）。 实验规律: 在磁场不太强时，