带电粒子在磁场中的运动PPT资料.ppt

带电粒子在磁场中的运动PPT资料.ppt

《带电粒子在磁场中的运动PPT资料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在磁场中的运动PPT资料.ppt（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

带带电电粒粒子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力总总是是和和带带电电粒粒子子运运动动方方向向垂垂直直，故故它它只只能能改改变变带带电电粒粒子子运运动动方方向向，不不改改变变速度大小，即洛伦兹力不作功。

速度大小，即洛伦兹力不作功。

带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动粒子作匀速直线运动。

粒子作匀速直线运动。

3周期周期轨道轨道半径半径由由于于洛洛伦伦兹兹力力与与速速度度方方向向垂垂直直，粒粒子子在在磁磁场场中中做做匀匀速速圆周运动。

圆周运动。

洛伦兹力为向心力洛伦兹力为向心力角频率角频率4二、带电粒子在匀强磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.vB的情形的情形带带电电粒粒子子在在垂垂直直于于磁磁场场的的平平面面内内匀匀速速圆圆周周运运动动，洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力速率大的粒子圆周运动半径大，速率小的粒子半速率大的粒子圆周运动半径大，速率小的粒子半径小，但它们运行一周所需要的时间却都相等。

径小，但它们运行一周所需要的时间却都相等。

这个重要结论是回旋加速器的理论依据。

单位时间内粒子运行圈数称带电粒子的单位时间内粒子运行圈数称带电粒子的回旋频率。

回旋频率。

52.v与与B间有任意夹角间有任意夹角离子旋转半径离子旋转半径v分分解解为为垂垂直直于于磁磁场场分分量量和和平平行行于于磁磁场场分分量量：

v=vsin,v/=vcos两个分量同时存在，粒子沿磁两个分量同时存在，粒子沿磁场的方向作螺旋线运动场的方向作螺旋线运动。

hhR一周期内粒子沿磁场方向移动的距离为一周期内粒子沿磁场方向移动的距离为螺距。

螺距。

螺距螺距h与与v无关无关。

无论带电粒子以多大速率沿。

无论带电粒子以多大速率沿何种方向进入磁场，只要平行磁场的速度分量何种方向进入磁场，只要平行磁场的速度分量v/相同，则运动轨迹的螺距就一定相等。

相同，则运动轨迹的螺距就一定相等。

6（33）如果如果与与斜交成斜交成角角粒子作螺旋运动，粒子作螺旋运动，半径半径螺距螺距周期周期注意注意:

螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关。

73*.3*.带电粒子在非均匀磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中运动时带电粒子在非均匀磁场中运动时,半径和螺距都半径和螺距都将随磁场增大而减小，将作变半径的螺旋线运动；

特将随磁场增大而减小，将作变半径的螺旋线运动；

特别是当粒子向磁场增强的方向运动时，粒子所受的磁别是当粒子向磁场增强的方向运动时，粒子所受的磁场力场力,恒有一指向磁场较弱方向的分力恒有一指向磁场较弱方向的分力,这个分力阻止这个分力阻止带电粒子向磁场较强的方向运动。

这样有可能使粒子带电粒子向磁场较强的方向运动。

这样有可能使粒子沿磁场增强方向的速度逐渐减小到零沿磁场增强方向的速度逐渐减小到零,从而迫使粒子从而迫使粒子掉向反转运动。

粒子的这种反转运动就好象光线遇到掉向反转运动。

粒子的这种反转运动就好象光线遇到镜面的反射一样，所以这种装置称为镜面的反射一样，所以这种装置称为磁镜磁镜。

8*磁聚焦磁聚焦（magneticfocusing）如果如果v/相同的带电粒子相同的带电粒子从同一点射入磁场，那么它从同一点射入磁场，那么它们必定在沿磁场方向上们必定在沿磁场方向上与入与入射点相距螺距射点相距螺距h整数倍的地整数倍的地方又会聚在一起方又会聚在一起。

这种类似。

这种类似光聚焦的现象称光聚焦的现象称磁聚焦磁聚焦。

它广泛应用与电真空器件中。

电子显微镜它广泛应用与电真空器件中。

电子显微镜中的磁透镜就是磁聚焦原理的应用。

中的磁透镜就是磁聚焦原理的应用。

hB9F2F1BvFBv线圈线圈（磁镜磁镜）10（磁镜）（磁镜）（磁镜）（磁镜）磁约束装置（磁瓶）磁约束装置（磁瓶）11当来自外层空间的大量粒子当来自外层空间的大量粒子（宇宙射线宇宙射线）进入地进入地球磁场范围球磁场范围,粒子将绕地磁感应线作螺旋运动粒子将绕地磁感应线作螺旋运动,因为因为在近两极处地磁场增强在近两极处地磁场增强,作螺旋运动的粒子将被折作螺旋运动的粒子将被折回回,结果结果粒子在沿磁感应线的区域内来回振荡粒子在沿磁感应线的区域内来回振荡,形成形成一个带电粒子区域一个带电粒子区域,称称范艾仑辐射带范艾仑辐射带,此带相对地球此带相对地球作对称分布。

作对称分布。

范艾仑辐射带范艾仑辐射带：

宇宙中的磁约束现象：

宇宙中的磁约束现象12范范艾艾仑仑辐辐射射带带的的形形成成示示意意图图13包围地包围地球外围球外围的范艾的范艾仑辐射仑辐射带带19581958年人造卫星的探测发现年人造卫星的探测发现，范艾仑辐射带有两层范艾仑辐射带有两层，内层在距地面内层在距地面800km800km4000km4000km处处，外层在外层在60000km60000km处。

处。

14北极光的产生是由于有时太阳黑子活动北极光的产生是由于有时太阳黑子活动，太阳喷射的高能带电粒子流形成的太阳风，在太阳喷射的高能带电粒子流形成的太阳风，在地磁感应线的引导下在地球北极附近进入大气地磁感应线的引导下在地球北极附近进入大气层时将使大气激发，然后辐射发光，从而出现层时将使大气激发，然后辐射发光，从而出现美丽的北极光。

美丽的北极光。

在靠近两极的一些国家和地区在靠近两极的一些国家和地区，如美国的如美国的阿拉斯加阿拉斯加，亚洲的西伯利亚亚洲的西伯利亚，欧洲的挪威、瑞欧洲的挪威、瑞典和芬兰等国家，夜晚的天空会出现五颜六色典和芬兰等国家，夜晚的天空会出现五颜六色绚丽多彩的发光现象，有的呈弧形，有的呈弥绚丽多彩的发光现象，有的呈弧形，有的呈弥漫状的斑块，有的呈大而均匀的发光面等漫状的斑块，有的呈大而均匀的发光面等，它它们被统称做极光，发生在北极的称北极光们被统称做极光，发生在北极的称北极光，发发生在南极的称南极光。

生在南极的称南极光。

15美丽的极美丽的极光光16在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。

它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。

绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光17带电粒子在电磁场中的运动和应用带电粒子在电磁场中的运动和应用带带有有电电荷荷量量的的粒粒子子在在静静电电场场和和磁磁场场中中以速度以速度运动时受到的作用力为运动时受到的作用力为洛伦兹洛伦兹洛伦兹洛伦兹关系式关系式关系式关系式1.1.磁聚焦磁聚焦一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本相等，因而螺距基本相等。

这样，各带电粒子绕行一相等，因而螺距基本相等。

这样，各带电粒子绕行一周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，称称磁聚焦。

磁聚焦。

广泛应用于电真空器件中对电子的聚焦。

18显像管中电子束的磁聚焦装置示意图显像管中电子束的磁聚焦装置示意图19三、带电粒子比荷三、带电粒子比荷（specificcharge）的测的测定定粒子所带电量和质量是粒子的基本性质，电粒子所带电量和质量是粒子的基本性质，电量与质量之比量与质量之比称为比荷。

称为比荷。

1.电子比荷的测定电子比荷的测定用磁聚焦法测定电用磁聚焦法测定电子比荷的一种装置子比荷的一种装置lBOC电电子子从从阳阳极极小小孔孔中中射射出出时时的的动动能能mv2/2=eU，求得电子运动速率为求得电子运动速率为20电电子子运运动动速速率率接接近近光光速速时时，根根据据相相对对论论规规律律，电子质量将增大，其比荷的绝对值将明显减小。

电子质量将增大，其比荷的绝对值将明显减小。

当当电电子子的的速速率率远远小小于于光光速速时时，其其比比荷荷的的绝绝对值为对值为e/m=1.7591011Ckg1.可求得电子的比荷可求得电子的比荷螺距螺距h等于等于l，即即21向心力就是离子所受洛伦兹力向心力就是离子所受洛伦兹力同位素离子将落在底片不同位置上，形成质谱。

同位素离子将落在底片不同位置上，形成质谱。

根据谱线条数、位置可确定同位素种数和质量。

2.离子比荷的测定离子比荷的测定测离子比荷的仪器为质谱仪测离子比荷的仪器为质谱仪（massspetrometer）质量质量m电量电量q的带电粒子经的带电粒子经过滤速器后，飞入磁场做圆过滤速器后，飞入磁场做圆周运动，落在感光片周运动，落在感光片A处，处，+*速度选择器速度选择器/滤速器滤速器:

22结结构构示示意意图图倍倍恩恩勃勃立立奇奇质质谱谱仪仪速度选择器速度选择器离子源离子源加速电场加速电场均匀磁场均匀磁场质谱仪质谱仪23质谱仪是质谱仪是质谱仪是质谱仪是利用电场和磁场的各种组合达到把电荷量利用电场和磁场的各种组合达到把电荷量相同而质量不同的带电粒子分开的目的，是分析同相同而质量不同的带电粒子分开的目的，是分析同位素的重要仪器，也是测定离子比荷的重要仪器。

位素的重要仪器，也是测定离子比荷的重要仪器。

从离子源所产生的离子经过狭缝从离子源所产生的离子经过狭缝S1与与S22之间的之间的加速电场后加速电场后,进入进入P11与与P22两板之间的狭缝两板之间的狭缝,在在P11和和P22两板之间有一均匀电场两板之间有一均匀电场E,同时还有垂直向外的均匀同时还有垂直向外的均匀磁场磁场。

带电粒子同时受到方向相反的电场力和磁。

带电粒子同时受到方向相反的电场力和磁场力的作用，显然，只有所受的这两种力大小相等场力的作用，显然，只有所受的这两种力大小相等的粒子才能通过两板间狭缝，否则，就落在两板上的粒子才能通过两板间狭缝，否则，就落在两板上而不能通过。

这一装置叫速度选择器。

而不能通过。

24电场力电场力磁场力磁场力当离子进入两板之间当离子进入两板之间,它它们将受到电场力和磁场力的们将受到电场力和磁场力的作用作用,两力的方向相反两力的方向相反,只有只有速率等于速率等于的离子的离子,才能无才能无偏转地通过两板间的狭缝沿偏转地通过两板间的狭缝沿直线运动。

直线运动。

首先用互相垂直的均匀电场和均匀首先用互相垂直的均匀电场和均匀磁场对带电粒子联合作用磁场对带电粒子联合作用,选择速度适选择速度适宜的带电粒子。

宜的带电粒子。

速度选择器原理速度选择器原理25上式中，除质量上式中，除质量m外外，其，其余均为定值，半径余均为定值，半径R与质量与质量m成正比，即同位素离子在成正比，即同位素离子在磁场中作半径不同的圆周运磁场中作半径不同的圆周运动动,这些离子将按照质量的这些离子将按照质量的不同而分别射到照相底片不同而分别射到照相底片