磁场对带电粒子作用讲课教案.ppt

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1、磁场对带电粒子作用+-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.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---××××××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、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,mR①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.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,mR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回旋半径

3、回旋周期螺距——粒子回转一周所前进的距离磁聚焦在电子光学中有着广泛的应用。hB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:*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

4、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。*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地磁场，两极强

5、，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，称之为VanAllen辐射带。当太阳风(等离子体)吹到地球附近时,受地球磁场的作用,进入地球的两极地区,轰击高层大气而发光,受到轰击的不同元素的气体发出的光的颜色不同—极光.氧—绿色和红色氮—紫色,氩—蓝色auroraborealis–北极光auroraaustralis–南极光四、带电粒子在电场和磁场中的运动举例1、电子比荷（e/m）的测定引言：电子的电量和质量是电子基本属性，电子的电量质量两者的比值

6、(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电子荷质比，为此1906年获Nobel物理奖。原理:加速电子经过电场与磁场区域发生偏转y对于速度不太大的电子，现代测定值为2、质谱仪引言：质谱仪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年创造，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，则电荷所受的力有：洛仑兹力：qvB电场力

7、：qE若粒子能进入下面的磁场qvB=qE滤速器若每个离子所带电量相等，由谱线的位置可以确定同位素的质量。由感光片上谱线的黑度，可以确定同位素的相对含量。质谱分析：质量为m，电量为q的带电粒子经过滤速器后，飞入磁场B’中做圆周运动，落在感光片A处，其半径R为：+锗的质谱第一台加速器是美国物理学家劳伦斯于1934年研制成功的，为此劳伦斯于1939年获诺贝尔物理学奖。3.回旋加速器结构：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，如图所示两盒之间有一窄缝，中心附近放有离子源。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。原

8、理：使带电粒子在电场与磁场作用下，得以反复加速达到高能。VB交变电场的周期恰好