帶電粒子在電磁場中的運動

關于帶電粒子在電磁場中的運動第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三一、帶電粒子在電磁場中的運動一、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、霍爾效應第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三（1）

磁場對運動電荷的作用大?。悍较颍捍怪庇冢ǎ┢矫嫣攸c：不改變大小，只改變方向。不對做功。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三（2）帶電粒子在均勻磁場中的運動

可分以下三種情況1）運動方向與磁場方向平行

=0F=0第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2）運動方向與磁場方向垂直F

BR

+

v勻速圓周運動周期第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3）運動方向沿任意方向B勻速圓周運動與勻速直線運動的合成螺距h

+

v軌跡為螺旋線第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

載流導體放在磁場中，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出現(xiàn)電勢差。如圖霍耳效應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型半導體,載流子為電子p型半導體,載流子為空穴(帶正電)UI.4.第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三霍耳效應霍耳效應第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三I霍耳電壓霍耳系數(shù)++++

+

+-----第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3

.磁聚焦（洛侖茲力不做功）洛侖茲力

與不垂直螺距第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三應用電子光學,電子顯微鏡等.磁聚焦在均勻磁場中某點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動,因螺距近似相等,都相交于屏上同一點,此現(xiàn)象稱之為磁聚焦.第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三....................+-AA’K+dL..................................................................................................三帶電粒子在電場和磁場中運動舉例1.電子比荷的測定速度選擇器第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三dL+-o第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三回旋加速器回旋加速器是一種能產生高能量帶電粒子的機器回旋加速器原理圖，它的主要部分作為電極的兩個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生的強大均勻磁場中，磁場方與和的平面垂直。當兩電極間加有高頻交變電壓時，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間間隔內迅速地交替改變。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，這個粒子在電場力的作用下，被加速而進入半盒。設這時粒子的速率已達，由于盒內無電場，且磁場的方向垂直于粒子的運動方向，所以粒子在內作勻速圓周運動。經(jīng)時間后，粒子恰好到達縫，這時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，所以粒子又會在電場力的作用下加速進入盒，使粒子的速率由增加至，在內的軌道半徑也相應地增大。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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獎.第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三二、磁場對載流導體的作用認識安培力磁場作用于載流線圈的磁力矩磁式電流計電磁炮第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三安培力一、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.)安培力的實質是洛侖茲力;注:

1.)稱為安培力;3.)不包括產生的磁場..5.二、安培定律的應用1.直線電流所受安培力lI第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2.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18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三帶電粒子作圓或橢圓軌道運動及自旋運動時，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)形運動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所受的磁力矩

M如圖所示,

矩形線框可繞OO，軸轉動由安培定律可知合力dcbaI.a(c)b(d)II磁力Fac

和Fbd產生的力矩分別為(俯視圖)第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三磁力矩定義：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動及自旋運動時,其磁力矩也可由上式計算.如果場點與平面線圈的距離遠遠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20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三線圈有N匝時MNOPI

M,N

O,P第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三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23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

結論: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24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三o解:設環(huán)上所帶電荷量為Q.9.則圓環(huán)旋轉時，其上所有電荷元都在旋轉，形成環(huán)形電流為的方向如圖所示例題1：磁感應強度為B的均勻磁場中放一均勻帶正電荷的細圓環(huán)，其半徑為R，電荷線密度為，當圓環(huán)繞與環(huán)面垂直的轉軸以角速度旋轉時，求圓環(huán)的磁矩和受到的磁力矩.

第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三安培力的運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。兩個扁平的互相平行的長直導軌，導軌間由一滑塊狀的彈頭連接，強大的電流從一直導軌流經(jīng)彈頭后，再從另一直導軌流回。電流在兩導軌之間產生一近似均勻的垂直于彈頭的強磁場。通電的彈頭在磁場的安培力作用下被加速。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三電磁炮設彈頭的初速為零，則安培力將彈頭推出導軌