带电粒子在匀强磁场中的运动教学课件.ppt

1、11 1、带电粒子在均匀磁场中的运动2、磁聚焦3、带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动难点重点2复习：洛仑兹力复习：洛仑兹力定义：磁场对运动电荷的作用力定义：磁场对运动电荷的作用力特点：特点：F F始终与运动电荷的速度始终与运动电荷的速度 垂直，只改变垂直，只改变 方向，方向，不改变不改变 大小大小.不对不对 做功做功.vqvv大小：大小：sinqvBF（为v与B的夹角）方向：方向：满足右手螺旋定则满足右手螺旋定则 垂直于垂直于v v和和B B决定的平面决定的平面3一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动 一个电量为一个电量为+q、速度为、速度为v的粒子在磁的

2、粒子在磁感应强度为感应强度为B的均匀磁场中运动。的均匀磁场中运动。分三种情形来讨论：分三种情形来讨论：4带电粒子以速度带电粒子以速度V做做匀速直线运动匀速直线运动(1)(1)粒子的初速度粒子的初速度V V与与B B平行平行sinqvBF 此时=0或180。，据qBv0F5qBvF（2 2）粒子的初速度）粒子的初速度V V垂直于垂直于B BsinqvBF 此时=90。，据qvBF 洛仑兹力方向与速度方向垂直。6（2 2）粒子的初速度）粒子的初速度V V垂直于垂直于B B 带电粒子在垂直带电粒子在垂直于磁场的平面内匀速于磁场的平面内匀速圆周运动，洛伦兹力圆周运动，洛伦兹力提供向心力。提供向心力。7

3、F洛洛=F向向注：R与v成正比，而与B成反比（2）粒子的初速度）粒子的初速度V垂直垂直BRvmqvB2qBmvR 轨道轨道半径半径8注：注：周期与运动速率、半径无关周期与运动速率、半径无关qBmqBvmvvRT222（2）粒子的初速度）粒子的初速度V垂直于垂直于B粒子在轨道上环绕一周所需的时间（即回旋周期）为：9（3）v与与B间有任意夹角间有任意夹角 qvB v v分解为垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量：分解为垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量：v v=v vsinsin,v v/=v vcoscos/vvv10（3）v与与B间有任意夹角间有任意夹角 两个分运动同时存在，粒子将沿磁场的方向两

4、个分运动同时存在，粒子将沿磁场的方向作作螺旋线运动。螺旋线运动。hqvv/vBR11粒子旋转半径粒子旋转半径qBmVR 一周期内粒子沿磁场方向移动一周期内粒子沿磁场方向移动的距离为的距离为螺距。螺距。qBmvTvh/2 螺距螺距h h 与与v v 无关无关。无论带电粒子以多大速率沿何种方向。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进入磁场，只要平行磁场的速度分量v v/相同，则运动轨迹相同，则运动轨迹的螺距就一定的螺距就一定相等相等。（3）v与与B间有任意夹角间有任意夹角 hqvv/vBR12磁聚焦磁聚焦 如果在均匀磁场中某点A引入一发散角很小的带电粒子束，并且其中粒子

5、的速度大致相同，那么这些粒子沿磁场方向分速度的大小就几乎一样，因而它们的轨道有几乎相同的螺距，这样，经过一个回旋周期后，这些粒子将重新会聚穿过另一点A,这种发散粒子束会聚到一点的现象叫磁聚焦。13磁聚焦磁聚焦14分析磁聚焦现象分析磁聚焦现象 带电粒子作不同半径的螺旋线运动，螺距带电粒子作不同半径的螺旋线运动，螺距 h 近似近似相等，带电粒子经过距离相等，带电粒子经过距离h又重新汇集又重新汇集磁聚焦。磁聚焦。hBBv vvvvvvcossin/均匀磁场，且均匀磁场，且 很小：很小：qBmvTvh2/v/v15磁透镜磁透镜 电子显微镜电子显微镜 开创物质微观结构研究的新纪元。开创物质微观结构研究的

6、新纪元。普通光学显微镜通常能将物体普通光学显微镜通常能将物体放大至放大至20002000倍，倍，电子显微镜的放大倍数可达三电子显微镜的放大倍数可达三百万倍。百万倍。磁聚焦磁聚焦16RvB二、带电粒子在非均匀磁场中的运动二、带电粒子在非均匀磁场中的运动mF轴轴f向向f0 h,h,BqBmvTvh/2 强度逐渐增加能使粒子发生“反射”的这种磁场分布叫做磁镜。（也是螺旋运动，也是螺旋运动，R、h 都在变化）都在变化）17 这种中间弱两端强，这种中间弱两端强，能约束带电粒子的磁场能约束带电粒子的磁场分布叫分布叫磁瓶磁瓶。I II I用于高温等离子磁约束用于高温等离子磁约束磁磁 瓶瓶18磁约束：磁约束：

7、例例 受控热核聚变受控热核聚变 R,B横向：横向：在强磁场中可以将离子约束在小在强磁场中可以将离子约束在小范围范围,脱离器壁。脱离器壁。qBmvR 磁约束：磁约束：用磁场将高温等离子体约束在一定空间区域。用磁场将高温等离子体约束在一定空间区域。vFBRo 194000km4000km 地磁场内的范艾仑辐射带地磁场内的范艾仑辐射带8OOkm8OOkm60000k60000km 地磁场是一个天然的磁约束捕集器，俘获宇宙射地磁场是一个天然的磁约束捕集器，俘获宇宙射线中带电粒子形成内、外两层线中带电粒子形成内、外两层范艾伦辐射带范艾伦辐射带地磁场的地磁场的磁约束现象磁约束现象20极光 在地磁两极附近由于磁感线与地面垂直，由外层空间入射的带电粒子可直射到高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了绚丽多彩的极光。211 1、带电粒子在均匀磁场中的运动课堂小结2、磁聚焦3、带电粒子在非均匀磁场中的运动（磁约束）22课后思考？1.如果一个电子在通过空间某一区域时没有发生偏转，能否肯定这各区域中没有磁场？2.如果发生偏转能否肯定那个区域中一定存在磁场？23结束24