磁场对带电粒子作用.ppt

第一页，共三十二页，2022年，8月28日 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应，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。 第二页，共三十二页，2022年，8月28日 例1.一无限长载流直导线电流为I,旁边与导线垂直放置一均匀带电细棒,长为L,线电荷密度为λ,带电细棒垂直于导线一速度v匀速运动,求任意时刻棒受的力. 解:建立如图所示坐标系,取线元dx,其上电荷受的力为 方向：λ>0,垂直于纸面向外; λ<0,垂直于纸面向内. t时刻 第三页，共三十二页，2022年，8月28日 + - 例2.图为一滤速器的原理图.K为电子枪.又枪中沿KA方向射出的电子速率大小不一.当电子通过方向互相垂直的均匀电场和磁场后,只有一定沿直线前进通过小孔S.速率为多大的电子才能通过小孔S? - 解:要使电子在电场和磁场中所受的力沿直线前进通过小孔S,必有 由此可确定磁场垂直纸面向内. 第四页，共三十二页，2022年，8月28日 二、洛仑兹力与安培力的关系 取一段长度为ΔL的金属导线，每个电子定向运动受到Lorentz力为: 冲量最终由于电子与导线碰撞传递给导线，宏观上表现为导线受到这个力. 而安培力 - - - × × × × × × 第五页，共三十二页，2022年，8月28日 结论 (1)导线所受的安培力实质上就是作用在各自由电子上的洛仑兹力为宏观表现. (2)电子热运动对宏观安培力无贡献.因为 三、带电粒子在磁场中的运动 1.粒子的初速垂直于磁场. + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q, m R ①运动轨迹限制在垂直于磁场的平面内. ②由于v不变,切向加速度 粒子作匀速圆周运动. 第六页，共三十二页，2022年，8月28日 回旋半径 回旋周期 回旋频率 回旋频率与粒子的速率无关，回旋半径与速率有关。 + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q, m R 第七页，共三十二页，2022年，8月28日 把速度分解成平行于磁场的分量与垂直于磁场的分量 在平行于磁场的方向： F//=0 ，作匀速直线运动； 在垂直于磁场的方向： F⊥=qvBsinθ，匀速圆周运动 故带电粒子同时参与两个运动，结果粒子沿螺旋线向前运动， 轨迹是螺旋线。 2.粒子的初速与磁场夹角任意 第八页，共三十二页，2022年，8月28日 回旋半径 回旋周期 螺距——粒子回转一周所前进的距离 第九页，共三十二页，2022年，8月28日 磁聚焦在电子光学中有着广泛的应用。 h B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 螺距h与v⊥无关，只与v//成正比，若各粒子的θ角很小,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: 第十页，共三十二页，2022年，8月28日 *电子的反粒子 电子偶 正电子：1930年英国物理学家狄拉克从理论上预言了正电子的存在，1932年，美国物理学家安德森在分析宇宙射线穿过位于云雾室的铅块后的带电粒子的照片时，发现了正电子。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 原理：在高能粒子物理中，常用带电粒子在云雾室中的轨迹来观察和区分粒子的性质。 电子偶：理论和实验都表明，正电子总是伴随着电子一起出现的，犹如成对成双的配偶，故称之为电子——正电子偶，简称电子偶或电子对。 第十一页，共三十二页，2022年，8月28日 *带电粒子在非均匀磁场中的运动 一个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。这称之为磁镜。 结论：带电粒子进入轴对称的会聚磁场，它便被约束在一根磁力线附近的很小范围内，它只有纵向沿磁力线的运动，而无横向跨越。或说在横向输运过程中它受到很大的限制。 应用：磁约束 应用于受控热核反应中 第十二