帶電粒子在電磁場中運(yùn)動(dòng)

1、關(guān)于帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)第一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在電場和磁場中所受的力二、磁聚焦三、回旋加速器四、霍爾效應(yīng)第二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1） 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用大小：方向：垂直于（ ）平面特點(diǎn)：不改變 大小，只改變 方向。 不對 做功。第三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動(dòng) 可分以下三種情況1）運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向平行 = 0F = 0第四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直F BR + v勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期第五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2

2、022年6月3）運(yùn)動(dòng)方向沿任意方向B勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)的合成螺距h + v軌跡為螺旋線第六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 載流導(dǎo)體放在磁場中，若磁場與電流方向垂直，則在與磁場和電流方向垂直方向上會(huì)出現(xiàn)電勢差。如圖霍耳效應(yīng)可以用洛侖茲力解釋，精確的解釋只能用電子的量子理論.IIn型半導(dǎo)體,載流子為電子p型半導(dǎo)體,載流子為空穴(帶正電)UI.4.第七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月霍 耳 效 應(yīng)霍耳效應(yīng)第八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月I霍耳電壓霍耳系數(shù)+ + + + + - - - - -第九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3 . 磁聚焦（洛侖

3、茲力不做功）洛侖茲力 與 不垂直螺距第十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 應(yīng)用 電子光學(xué) , 電子顯微鏡等 . 磁聚焦 在均勻磁場中某點(diǎn) A 發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子, 它們的 與 之間的夾角 不盡相同 , 但都較小, 這些粒子沿半徑不同的螺旋線運(yùn)動(dòng), 因螺距近似相等, 都相交于屏上同一點(diǎn), 此現(xiàn)象稱之為磁聚焦 .第十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月.+-AAK+dL.三 帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)舉例1 . 電子比荷的測定速度選擇器第十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月dL+-o第十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器回旋加速器是一種能

4、產(chǎn)生高能量帶電粒子的機(jī)器回旋加速器原理圖，它的主要部分作為電極的兩個(gè)金屬半圓形真空和 放在高真空的容器中，然后將它們放在電磁鐵所產(chǎn)生的強(qiáng)大均勻磁場 中，磁場方與 和 的平面垂直。當(dāng)兩電極間加有高頻交變電壓時(shí)，兩電極縫隙之間就存在高頻交變電場 ，致使極縫間電場的方向在相等的時(shí)間間隔 內(nèi)迅速地交替改變。如果有一帶正電荷 的粒子，從極縫間的粒子源O中釋放出來，那么，這個(gè)粒子在電場力的作用下，被加速而進(jìn)入半盒 。設(shè)這時(shí)粒子的速率已達(dá) ，由于盒內(nèi)無電場，且磁場的方向垂直于粒子的運(yùn)動(dòng)方向，所以粒子在 內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)時(shí)間 后，粒子恰好到達(dá)縫，這時(shí)交變電壓也將改變符號，即極縫間的電場正好也改變了方向，所

5、以粒子又會(huì)在電場力的作用下加速進(jìn)入盒 ，使粒子的速率由 增加至 ，在 內(nèi)的軌道半徑也相應(yīng)地增大。第十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室. 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).第十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、磁場對載流導(dǎo)體的作用認(rèn)識安培力 磁場作用于載流線圈的磁力矩磁式電流計(jì)電磁炮第十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月安培力一、安培定律:任意電流元 受磁力為有限長度電流所受安培力2.)安培力的實(shí)質(zhì)是洛侖茲力;注: 1.) 稱為安培力;3.) 不包括 產(chǎn)

6、生的磁場.5.二、安培定律的應(yīng)用1.直線電流所受安培力lI第十七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.平行無限長載流直線 電流間的相互作用力dl2dl1I2I1a可見,單位長度載流直線 所受安培力相等.6.三、磁矩和磁力矩 1、載流線圈的磁矩:定義(重要)I 通過線圈的電流S 平面線圈的面積 線圈平面法線方向單位矢量，與電流 流向滿足右手螺旋規(guī)則IS第十八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月帶電粒子作圓或橢圓軌道運(yùn)動(dòng)及自旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，也具有磁矩，上述磁矩的定義仍適用;OO,引入磁矩概念的意義: 描述載流線圈或環(huán)形運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中的狀態(tài)較為方便.7.l1l22、平面載流線圈在均勻磁場中

7、所受的磁力矩 M如圖所示, 矩形線框可繞OO，軸轉(zhuǎn)動(dòng)由安培定律可知合力dcbaI.a(c)b(d)II磁力Fac 和Fbd產(chǎn)生的力矩分別為(俯視圖)第十九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磁力矩定義：線圈所受合力矩大小為注意: 1. 上式對于在均勻磁場中任意形狀的平面線圈均成立; 2. 帶電粒子作圓或橢圓軌道運(yùn)動(dòng)及自旋運(yùn)動(dòng)時(shí),其磁力矩也可由上式計(jì)算.如果場點(diǎn)與平面線圈的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平面線圈的平均線度，則該線圈稱為磁偶極子.8.磁偶極矩第二十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 M,N O,PMNOPI一 磁場作用于載流線圈的磁力矩如圖 均勻磁場中有一矩形載流線圈MNOP第二十一張

8、，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月線圈有N匝時(shí)MNOPI M,N O,P第二十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月IB. . . . . . . . . . . . . . . . .IBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + I穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡討 論1） 方向與 相同2）方向相反3）方向垂直力矩最大第二十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 結(jié)論: 均勻磁場中，任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為與 成右螺旋0pqq=穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡 磁矩第二十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月o解: 設(shè)環(huán)

9、上所帶電荷量為Q.9.則圓環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上所有電荷元都在旋轉(zhuǎn)，形成環(huán)形電流為的方向如圖所示例題1：磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的均勻磁場中放一均勻帶正電荷的細(xì)圓環(huán)，其半徑為R，電荷線密度為 ，當(dāng)圓環(huán)繞與環(huán)面垂直的轉(zhuǎn)軸以角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，求圓環(huán)的磁矩 和受到的磁力矩 . 第二十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月安培力的運(yùn)用軌道炮是一種利用電流間相互作用的安培力將彈頭發(fā)射出去的武器。兩個(gè)扁平的互相平行的長直導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間由一滑塊狀的彈頭連接，強(qiáng)大的電流從一直導(dǎo)軌流經(jīng)彈頭后，再從另一直導(dǎo)軌流回。電流在兩導(dǎo)軌之間產(chǎn)生一近似均勻的垂直于彈頭的強(qiáng)磁場。通電的彈頭在磁場的安培力作用下被加速。第二十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月電磁炮設(shè)彈頭的初速為零，則安培力將彈頭推出導(dǎo)軌所做的功等于彈頭的動(dòng)能。由于超導(dǎo)材料研究上的突破，可望輸送106A的電流，在5m米長的導(dǎo)軌上，可使彈頭加