海大理学院栽学件 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。.9D×F 4π 3 高斯定律 月B西=0 安培环路定理 fB0=4∑1
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 F。=gE 磁场力 Fm=qp×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=qE+q×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 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 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
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。 2、速度方向与磁场方向垂直 洛仑滋力的大小 × X X f=qvoB 方向：垂直与速度的和磁场的方向 × X 9YoB-m R X × 回旋半径 R mv o = 9,m gB 回旋频率 回旋周期 2元R 2元y T= 2πm 1 gB Vo Yo gB gB T 2πm 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 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= sin0 螺距一粒子回转一周所 gB gB 前进的距离 回旋周期 2元R T= 2πm 2πm gB d=vT= qB vcosO
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 =
B 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 h 原理，可实现磁聚焦。 × × X ∞⊙O⊙O⊙O⊙OOOO X × × × X X ☒☒☒⑧☒⑧☒☒⑧☒☒ × × × X
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 × X D X 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 X 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 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 线幽 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 changed particle approaching the Earth which is "captured"by the magnetie field of the Earth.Such particles follow the ficld lines toward the poles as shown.(b)Photo of aurora borealis. Charged purticle approaching Eanth 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 99 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
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