技术物理下册（第三版）9-4 磁场对运动电荷的作用学习课件

9-4磁场对运动电荷的作用洛伦兹力回旋加速器带电粒子在磁场中的螺旋运动现象与思考现象与思考仪表上不断变化的曲线、电视机上美丽的图像、加速器中高速运动的带电粒子，都离不开磁场对运动电荷的作用力。我们把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。

如何判断洛伦兹力的方向？计算洛伦兹力的大小？一、洛伦兹力

1.定义洛伦兹力的大小不但与磁感强度B、电荷q、电荷的运动速度v有关，而且还与速度v的方向有关。2.大小

（1）当电荷的速度方向与匀强磁场磁感强度方向垂直时，如图9.4-1（a）所示，电荷所受洛伦兹力为

F=qvB

（2）当速度方向和磁感强度方向成任意角α

时，如图9.4-1（b）所示，洛伦兹力为说明：它按照自己原来速度的大小和方向，在磁场中作匀速直线运动。F=qvBsinα

（3）当速度方向和磁感强度方向平行时，如图9.4-1（c）所示，运动电荷不受洛伦兹力作用。F=0图9.4-1带电粒子进入匀强磁场××××××××××××××××BqvBqvBqvα（a）（b）

（c）3.方向（用左手定则，如图9.4-2）

判断方法：让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向（相当于电流方向），拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。如右图。说明：如果研究对象是负电荷，则应使左手四指指向负电荷运动的反方向（相当于电流方向）。图9.4-2左手定则当带电粒子以垂直磁场方向进入匀强磁场中，如图9.4-3所示。图9.4-1带电粒子在匀强磁场中的圆周运动4.圆周运动××××××××××××××××BqvFOR说明：由于洛伦兹力的方向总是与电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力只改变运动速度的方向，而不改变速度的大小，因此带电粒子做匀速圆周运动。（1）粒子做匀速圆周运动时的轨道半径为（2）粒子做匀速圆周运动的周期为带电粒子在磁场中的匀速圆周运动（动画）例题一电子以垂直磁场方向进入一匀强磁场（如图9.4-4），设电子速度v=1×107m/s，磁感强度B=2×10-2T，求电子所受洛伦兹力的大小和方向，电子在磁场中的回转半径以及回转周期。图9.4-4例题图Fev解：

则电子所受洛伦兹力的大小为=3.2×10-14N已知m=9.1×10-31kg，q=1.6×10-19C，v=1×107m/s，B=2×10-2TF=qvB=1.6×10-19×1×107×2×10-2N洛伦兹力的方向，用左手定则判断，如图9.4-4所示。在洛伦兹力的作用下，电子做匀速圆周运动。则二、回旋加速器1.作用：用来获得高能带电粒子的装置,如图9.4-5所示。

图9.4-5回旋加速器回旋粒子加速器（动画）2.工作过程：（1）在两个强磁极之间的匀强磁场中放置着两个D形电极，被加速的带电粒子在磁场中做圆周运动，转过半周，在两D形电极之间的电场中被加速。（2）每转半周，电场方向改变一次，使得粒子每次经过电场都恰好被加速。四、带电粒子在磁场中的螺旋运动图9.4-6

带电粒子在磁场中的螺旋运动当带电粒子的速度方向与匀强磁场方向成任意角度时，可把速度分解成两个分量，如图9.4-6：（1）一个和磁场方向平行：说明：平行分量使电荷沿磁场方向匀速前进。（2）一个和磁场方向垂直：说明：垂直分量使电荷在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。结论：带电粒子同时参与这两种运动，它的实际运动轨迹是一条螺旋线。回转半径为：螺距h的大小为：练习带电粒子以速度v垂直射入