3-13恒定磁场 带电粒子在磁场中的运动幻灯片.ppt

* 第十三章 恒定磁场 §1 磁场 磁感应强度 1.1 基本的磁现象 1.2 磁感应强度的定义 §7 带电粒子在磁场中的运动 7.1 带电粒子在均匀磁场中的匀速圆周运动 7.2 带电粒子在磁场中的螺旋线运动 提纲 作业： 13-9 * 磁聚焦、电子显微镜 7.4 霍耳效应 * 7.5 回旋加速器、同步回旋加速器 7.3 带电粒子比荷的测定 质谱仪 原子质量单位?=1.66?10-27kg * N S N S 磁南极 S 磁北极 N 磁场 磁场强度（磁感应强度） 磁力线 （磁感应线） 电场强度 E 磁场强度 H 电极化强度 P 磁极化强度 M 电位移矢量 D 磁感应强度 B 磁极：磁性最强的两端 * 磁针和磁针； §1 恒定磁场 1.1 基本的磁现象 磁铁与载流导线的相互作用； I N S N S N S 磁铁和电流（运动电荷）周围存在磁场， 并对放入其中的磁针产生力的作用。 磁性：磁铁吸引铁、镍、钴等物质的特性。 磁铁都具有两极：磁南极和磁北极。 N S 1819年奥斯特发现电流对磁针的作用。 * 磁力与运动电荷对运动电荷的相互作用有关。 载流导线与载流导线的相互作用。 在磁场中运动的电荷受到磁力； 安培假说：1822年安培提出关于物质磁性本质的假说，认为一切磁现象都起源于电流（运动电荷），物质的磁性起源于构成物质的分子电流（电子绕核运动、电子自旋、核自旋）。 结论 q – + ? * 实验表明：电量为 的带电粒子，其速度为 , 在静电场 中受到一种与速度无关的力 ； 1.2 磁感应强度的定义 在磁场中受到另一种与速度有关的力，称为洛仑兹力 写为 q ? – + 这个与速度有关的力来源于另外的运动电荷产生的场，称为磁场。 描述磁场的基本物理量是磁感应强度 。 静止电荷 - 静电场 库仑力 运动电荷 - 磁场 洛仑兹力 * 的定义 当带电粒子的速度沿磁场某一方向运动时， 受力为零的方向，定义为磁感应强度的方向。 当它的速度垂直于该方向时， 受力最大。为 规定： 正电荷的速度与 的矢量积的 方向为该点磁力的方向 。 * 当带电粒子的速度在任意方向时， 受力 大小与 成正比， 为 和 之间的夹角。所以： 单位：在国际单位制中：1[T]=1特斯拉 磁感应强度B的量纲[MT?2I?1] 同样可用磁感应线（磁力线）形象地描绘磁场的分布。 1 特斯拉= 104 高斯 其合力为： + q ? – 地球磁场约为0.6高斯 当平行于磁场分量为零时，垂直于磁场的速度分量提供做匀速圆周运动的向心力，运动方程 * 7.1 带电粒子在均匀磁场中的匀速圆周运动 半径 §7 带电粒子在磁场中的运动 将速度分解为平行于磁场和垂直于磁场的分量； 当垂直于磁场分量为零时，所受洛仑兹力为零，粒子作匀速直线运动。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? m q * 周期 匀速圆周运动的周期与速度无关。 结论 半径 圆周的半径与垂直于磁场的速度分量成正比。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? m q 角速度 为速度与磁感应 强度之间的夹角。 所以，其合运动为螺旋线运动。 平行于磁场的速度分量使粒子沿磁场方向做匀 速直线运动; 将速度分解为平行于磁场和垂直于磁场的分量； * 7.2 带电粒子在磁场中的螺旋线运动 螺距（在一个周期内沿磁场方向行进的距离） 垂直于磁场的速度分量使粒子做匀速圆周运动; 和 分别是速度在垂直于磁场方向 的分量和平行于磁场的分量。 匀速圆周运动的半径仅与速度的垂直分量有关。 * * 磁聚焦magnetic focusing（不要求） 一束发散角不大的带电粒子束，若这些粒子沿 它广泛应用于电真空器件中如电子显微镜electron microscope中。它起了光学仪器中的透镜的作用。 h B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 磁场方向的分速度大小又 一样，它们有相同的螺距，经过一个周期将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一点的现象叫磁聚焦。 半径 * 7.3 带电粒子比荷的测定 质谱仪 滤速器 由谱线的位置（x的大小）可以确定同位素的比荷（荷质比）。由感光片上谱线的黑度，可以确定同位素的相对含量。 质谱分析仪 质量为 ， 电量为 的带电粒子 经过滤 速器后，飞