物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 带电粒子在电场和磁场中所受的力 (Forces of charged particles in electric magnetic fields) 电场力 Electric force IF=gE m 磁场力(洛仑兹力) Magnetic lorentz) force B Fn=q乙×B 方向:即以右手四指由经小于π的角弯向B, 大拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向 荒为|F=E+q×Ba 第七章恒定磁场 1/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 1/20 x y z o 一 带电粒子在电场和磁场中所受的力 (Forces of charged particles in electric & magnetic fields) 电场力 Electric force F qE e = 磁场力(洛仑兹力) Magnetic (Lorentz) force F q B m = v q + v B Fm F qE q B = + v 运动电荷在电场 和磁场中受的力 方向：即以右手四指由v经小于π的角弯向B， 大拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 例1一质子沿着与磁场垂直的方向运动,在某 点它的速率为3.1×106ms.由实验测得这时质子所受 的洛仑兹力为74×10-14N.求该点的磁感强度的大小. 解由于U与垂直B,可得 F 74×10-14 B T=0.15T q01.6×109×3.1×106 问1)洛仑兹力作不作功?不作功 2)负电荷所受的洛仑兹力方向? 与正电荷受力方向相反 第七章恒定磁场 2/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 2/20 T 0.15T 1.6 10 3.1 10 7.4 10 19 6 14 = = = − − qv F B 例 1 一质子沿着与磁场垂直的方向运动, 在某 点它的速率为3.1×106m/s. 由实验测得这时质子所受 的洛仑兹力为7.4×10-14N . 求该点的磁感强度的大小. 解 由于v与垂直B，可得 问 1）洛仑兹力作不作功？ 2）负电荷所受的洛仑兹力方向？ 不作功 与正电荷受力方向相反
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 带电粒子在磁场中运动举例 (Example of campaign charged particles in magnetic fields) 1匀速直线运动 z。∥BF=0=d 2.匀速圆周运动 o⊥B|Fm=F 叵旋半径和回旋频率 ××××x 2 B qvoB=m R R B 2元R2元m F ×x1 B ××××××x f U 第七章恒定磁场 3/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 3/20 二 带电粒子在磁场中运动举例 (Example of campaign charged particles in magnetic fields) R q B m 2 0 0 v v = qB m R v0 = B // v0 m qB T f 2π 1 = = 2 .匀速圆周运动 0 2 π R m 2 π T qB = = v 1 .匀速直线运动 B v0 ⊥ F = 0 v v0 = F m = FR 回旋半径和回旋频率
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 3.磁聚焦 Magnetic focus)与B不垂直 匀速直线运动十匀速圆周运动 0=0+0 B ∥=cos6 B 10 R B q 2I m T 螺距d=0T= ucos<tm/ B q B 第七章恒定磁场 4/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 4/20 3 . 磁聚焦(Magnetic focus) = + ⊥ v v v // v = vsinθ ⊥ v 与 B 不垂直 v vcosθ // = qB m T 2π = qB m R ⊥ = v 螺距 2 π cos m d qB = = v T v // 匀速直线运动 匀速圆周运动
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 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B之间的夹角0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 Ooooooooooooooooooooooooooo ∞888888×888888888×88 应用电子光学,电子显微镜等 第七章恒定磁场 5/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 5/20 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v与B之间的夹角θ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
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 4.电子的反粒子电子偶 1930年狄 拉克预言 自然界存 在正电子 OB 显示正电 正电子电子 子存在云 铝板室照片及 其摹描图 第七章恒定磁场 6/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 6/20 4 . 电子的反粒子 电子偶 显示正电 子存在云 室照片及 其摹描图 正电子 电子 铝板 B 1930年狄 拉克预言 自然界存 在正电子
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 带电粒子在电场和磁场中运动举例 (Example of campaign charged particles in electric magneticfields) 2.质谱仪 (Mass spectrum q, B,r P m=BR速度选择器 2 S guB=m 2 C.m∝R 照相底片 7072737476 ●●●●●●。● 锗的质谱 质谱仪的示意图 第七章恒定磁场 11/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 11/20 2 . 质谱仪 (Mass spectrum) R q B m 2 v v = v qB R m = 70 72 73 74 76 锗的质谱 . . . . ... . .. . . . . .. . .. .. . .. .. . . . . ... ... . .. .. . . . . . . ... .. . . . . . . . . . . . . . . . p1 2 p - + 2 s 3 s 1 s 速度选择器 照相底片 质谱仪的示意图 q,B , v = C,m R. 三 带电粒子在电场和磁场中运动举例 (Example of campaign charged particles in electric & magnetic fields)
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 3.回旋加速器( Cyclotron) 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室 此加速器可将质子和氘核加速到IMeV的能量, 为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖 第七章恒定磁场 12/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 12/20 3 . 回旋加速器(Cyclotron) 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室. 此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量, 为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 频率与半径无关 B 2I m 到半圆盒边缘时o B E,=-m0 2 S e 9B2 R 2m 回旋加速器原理图 第七章恒定磁场 13/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 13/20 m qB f 2π = m qBR0 v = 2 k 2 1 E = mv 频率与半径无关 到半圆盒边缘时 m q B R E 2 2 0 2 2 k = 回旋加速器原理图 N S B D2 D1 O ~ N
物理学 7-7带电粒子在电场和磁场中的运动 第五版 我国于1994 e年建成第 台强流质子 CLLE 加速器,可 产生数十种 中短寿命放 射性同位素 第七章恒定磁场 14/20
第七章 恒定磁场 物理学 第五版 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 14/20 我国于1994 年建成第一 台强流质子 加速器，可 产生数十种 中短寿命放 射性同位素