[理学]A25_磁场力.ppt

* §三、 磁场力 §1 磁场对运动电荷的作用 §2 磁场对载流导线的作用 §3 磁场对载流线圈的作用 §4 霍耳效应 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 ? q ? B v Fm §1 磁场对运动电荷的作用 磁场只对运动电荷有作用力 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应，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。 相对论中的洛仑兹变换，由洛仑兹首先提出，爱因斯坦赋予新的意义。 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。 2、速度方向与磁场方向垂直 洛仑兹力的大小 方向：垂直于速度和磁场所在的平面 回旋半径 回旋周期 回旋频率 + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q, m 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。 洛伦兹力永远不会对运动电荷作功 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 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 与v⊥无关，只与v//成正比 垂直于磁场的方向： F⊥=qvBsinθ，匀速圆周运动 平行于磁场的方向： F//=0 ， 匀速直线运动 与v无关，只与B,q,m有关 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 不管回转半径R(v⊥)是多少，只要各粒子的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。 磁透镜（Magnetic Lens）： 在电子显微镜中起类似透镜的作用。 4．应用： *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，回转周期（角速度）要变化，所以不是匀速圆周运动。而且回转半径逐渐变小。 磁镜 使沿磁场的运动被抑，而被迫反转。象被镜子“反射”回来一样。 磁瓶 用于受控 热核反应中 F//≠0 F 带电粒子将在两“磁镜”之间来回振荡 地磁场，两极强，中间弱，是天然的磁约束捕集器，它使来自宇宙射线和“太阳风”的带电粒子在地磁南、北两极之间来回振荡。 范·阿仑辐射带 被地磁场捕获的罩在地球上空的质子层和电子层，形成 Van Allen辐射带 地磁场能将来自宇宙空间能致生物于死命的各种高能粒子或射线捕获住，使地球上的生物安全地生存下来。 在高纬地区出现的极光则是高速电子与大气相互作用引起的 演示：电视机显像管 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。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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。 阿尔法磁谱仪（Alpha Magnetic Spectrometer，简称AMS） 寻找宇宙中的反碳核、反氦核及其他更重要的反核来确定宇宙中是否存在反物质； 寻找宇宙中可能存在的暗物质； 精确测量宇宙中各种同位素的丰度和高能γ，并探索未知的物理现象。 1、质谱仪 引言：用于分析同位素的仪器 由英国物理学家与化学家阿斯顿于1919年创造，当年发现了氯与汞的同位素，以后几年又发现了许多同位素，特别是一些非放射性的同位素，为此，阿斯顿于1922年获诺贝尔化学奖。 原理 + ? 从离子源出来的离子经过S1、S2加速进入电场和磁场空间，若粒子带正电荷+q，则电荷所受的力有： 洛仑兹力：qvB 电场力 ： qE 若粒子能进入下面的磁场 qvB=qE 速度选择器 *三、带电粒子在电场和磁场中的运动举例 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 y 2、电子荷质比（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