海大理学院教学裸件 大学物理学电子教案 洛仑兹力
大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 洛仑兹力
复习 运动电荷的磁场 B= 4。.qD×F 4π 高斯定律 B·dS=0 安培环路定理 fBl=4,∑
复 习 运动电荷的磁场 3 4 r qv r B o = 高斯定律 = S B dS 0 安培环路定理 = i o i L B dl I
11-5带电粒子在电场和磁场中的运动 带电粒子在电场和磁场中所受的力 电场力 E。=qE 磁场力 Fm=妙×B 带电粒子在电场和磁 洛仑兹力的方向垂直 场中所受的力 于运动电荷的速度和 F=gE+g币×B 磁感应强度所组成的 平面，且符合右手螺 旋定则
11-5 带电粒子在电场和磁场中的运动 一、带电粒子在电场和磁场中所受的力 电场力 Fe qE = 磁场力 Fm qv B = 洛仑兹力的方向垂直 于运动电荷的速度和 磁感应强度所组成的 平面，且符合右手螺 旋定则。 带电粒子在电场和磁 场中所受的力 F qE qv B = + q • B v Fm
洛仑兹Hendrik Antoon Lorent忆，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。洛仑滋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益，即 磁场中的光源所发出的各谱线，受磁场 荷兰物理学家、数 的影响而分裂成多条的现象中的某种特 学家，因研究磁场 殊现象。 对辐射现象的影响 洛仑兹的理论是从经典物理到相对论 取得重要成果，与 物理的重要桥梁，他的理论构成了相对 塞曼共获1902年诺 论的重要基础。洛仑兹对统计物理学也 贝尔物理学奖金。 有贡献
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
带电粒子在磁场中的运动 1、速度方向与磁场方向平行 带电粒子受到的洛仑兹力为零， 粒子作直线运动。 2、速度方向与磁场方向垂直 洛仑兹力的大小 f=qvoB 方向：垂直与速度的和磁场的方向 qYoB m R 回旋半径 R= mvo g,m gB 回旋频率 回旋周期 2元R 2n nv 2n m T= 1 gB Yo gB 9B f T 2n m 圆周运动
2、速度方向与磁场方向垂直 洛仑兹力的大小 f = qv0 B 方向：垂直与速度的和磁场的方向 R v qv B m 2 0 0 = 回旋半径 qB mv R 0 = 回旋周期 qB m qB mv v v R T 2 2 2 0 0 = = = 回旋频率 m qB T f 2 1 = = 圆周运动 + q, m 0 v f 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 带电粒子受到的洛仑兹力为零， 粒子作直线运动
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 B 分量与垂直于磁场的分量 v vcosO (v =vsing 平行于磁场的方向：F0, 匀速直线运动 垂直于磁场的方向：F=qvBsin0,匀速圆周运动 粒子作螺旋线向前运动，轨迹是螺旋线。 v 回旋半径 R- mv sinO 螺距 粒子回转一周所 gB gB 前进的距离 回旋周期 2元R 2n m 2πm d=v T= v cos 0 gB gB
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 = = ⊥ sin cos // v v v v 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 sin qB mv qB mv R = = ⊥ 回旋周期 qB m v R T 2 2 = = ⊥ 螺距——粒子回转一周所 前进的距离 cos 2 / / v qB m d = v T =
螺距d与v无关，只与y成正比，若各 粒子的y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。 00000000000▣ ☒☒⑧☒☒⑧☒☒⑧☒⑧
h B B 螺距d与v⊥无关，只与v//成正比，若各 粒子的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。
*电子的反粒子电子偶 •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。 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 X 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。 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 电子一正电子偶，简称电子偶或电子对
*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。 B •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
*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 、2 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 等离子体 用于受控 热核反应中 线 线圈
*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。 x B y 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
FIGURE 20-19 (a)Diagram showing a charged particle approaching the Earth which is captured"by the magnetic field of the Earth.Such particles follow the ficld lines toward the poles as shown.(b)Photo of aurora borealis Charged prticle b 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 电子层一Van Allen辐射带
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