大学物理学电子教案课件

洛仑兹力复习运动电荷的磁场高斯定律安培环路定理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磁场力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qBvFm2、速度方向与磁场方向垂直洛仑兹力的大小方向：垂直与速度的和磁场的方向回旋半径回旋周期回旋频率圆周运动+q,mR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分量与垂直于磁场的分量平行于磁场的方向：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。回旋半径回旋周期螺距——粒子回转一周所前进的距离hB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。*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：磁约束用于受控热核反应中地磁场，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——VanAllen辐射带三、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，对电子的电量、质量和两者的比值(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比荷，为此1906年获Nobel物理奖。实验装置原理加速电子经过电场与磁场区域发生偏转y结论对于速度不太大的电子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：带电粒子经过速度选择器后，进入磁场B’中做圆周运动，半径R为+锗的质谱3、回旋加速器美国物理学家劳伦斯于1934年研制成功第一台加速器劳伦斯于1939年获诺贝尔物理学奖。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，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。目的：用来获得高能带电粒子——轰击原子核或其它粒子，观察其中的反应，研究原子核或其它粒子的性质。原理：使带电粒子在电场与磁场作用下，往复加速达到高能。兰州重离子加速器北京正负电子对撞机合肥同步辐射加速器我国最大的三个加速器4、霍耳效应1879年霍耳发现载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳效应。相应的电势差称为霍耳电压。现象实验规律在磁场不太强时，霍耳电压与电流I和磁感应强度B成正比，而与导电板的厚度d成反比I+++++++++++++++________++++++-----EBbddbuHI假设载流子是负电荷，定向漂移速度为vd与电流反向，磁场中的洛仑兹力使载流子运动，形成霍耳电场。电场力与洛仑兹力平衡时电子的漂移达到动态平衡，从而形成横向电势差。霍耳系数––––+++I霍耳效应的经典解释++++–––I––––+++I*磁流体发电气体在3000K高温下将发生电离，成为正、负离子，将高温等离子气体以1000m/s的速度进入均匀磁场B中+++–––高温等离子气+–+－I正电荷聚集在上板，负电荷聚集在下板，因而可向外供电。小结带电粒