1、3.4 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用洛伦兹力洛伦兹力演示实验演示实验:带点粒子在磁场中的偏转带点粒子在磁场中的偏转运动电荷在磁场中受到的磁场力，叫洛伦兹力洛伦兹力应用：应用：1、电视机的显像管、电视机的显像管 2、地磁场对宇宙射线的偏转、地磁场对宇宙射线的偏转背景：安培力背景：安培力磁场对通电导体有力的作用（即安培力）磁场对通电导体有力的作用（即安培力）I IF F安培力容易测出，那么能否从安培力安培力容易测出，那么能否从安培力得出洛伦兹力呢？得出洛伦兹力呢？背景背景:电流的形成电流的形成导体中的电流是由电荷的定向移动形成的。导体中的电流是由电荷的定向移动形成的。iiiiiiiii
2、iiiiiI I I I原来：原来：导体中的电流是由电荷导体中的电流是由电荷的定向移动形成的的定向移动形成的iiiI=nqvsI=nqvs磁场对通电导体磁场对通电导体有力的作用有力的作用I IF=ILB=nqvsLBF=ILB=nqvsLBiiifffF=NFF=NF洛洛磁场对通电导体的磁场对通电导体的安安培力培力是作用在运动电是作用在运动电荷上的荷上的洛伦兹力洛伦兹力的的宏宏观表现观表现L长导体中有长导体中有N个带个带电粒子电粒子洛仑兹力洛仑兹力-磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力洛仑兹力洛仑兹力方向方向:左手定则左手定则大小大小:F洛洛=qVB (V、B垂直时垂直时）补充说明补充
3、说明:带电粒子的电流方向规定带电粒子的电流方向规定1.正电荷定向移动正电荷定向移动2.负电荷定向移动负电荷定向移动V/B时，时，F洛洛=0：匀速直线运动：匀速直线运动练习：课本练习：课本P97第第1题题粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于0度小于90度）轨迹为螺线1、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv发现：周期与速度、半径无关垂直进入磁场中的带电粒子只受洛伦兹力作垂直进入磁场中的带电粒子只受洛伦兹力作用，运动轨迹如何？用，运动轨迹如何？练：练：P97 3、4题题带电粒子在磁场中运动情况研究 1、找圆心：方法 2、定半径：3、确定运动时间：Tt2qBmT
4、2注意：注意：用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用vR利用弦的中垂线 例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞 离磁场区时，运动方向 偏转角试求粒子的 运动速度v以及在磁场中 运动的时间t应用应用利用磁场控制带电粒子运动利用磁场控制带电粒子运动P99调节调节B和和V0的大小来控制粒子的偏转角度的大小来控制粒子的偏转角度特点：只改运动方向，不改变速度大小特点：只改运动方向，不改变速度大小（二）、荷质比的测定、质谱仪（二）、荷质比的测定、质谱仪1.荷质比的概念：带电粒子
5、的电荷与质量之比。它是带电粒荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基本参量。子的基本参量。2.测定荷质比的装置：测定荷质比的装置：A：电离室：电离室:S1S2：加速电场：加速电场 S2S3：速度选择器：速度选择器B2：匀强磁场：匀强磁场 D：照相底片：照相底片 3.测定荷质比的装置测定荷质比的装置质谱仪（阿质谱仪（阿斯顿发明的）。斯顿发明的）。洛伦兹力的应用（质谱仪）洛伦兹力的应用（质谱仪）B2B1讨论与交流1、在S1、S2之间粒子作什么运动？2、粒子经S2进入并能从S3穿出，则在这之间作什么运动？3、粒子在S2、S3之间受到几个力？（重力不计）4、作匀速直线运动的条件是什么？
6、5、通过分析则进入B2区的粒子的速度的大小 S2、S3间：qE=qVB1LBBERBvmqqBmvR21222式中的式中的E、B1、B2和和L都可以预先设定或实验都可以预先设定或实验测定，则带电粒子的荷质比也就测出来了测定，则带电粒子的荷质比也就测出来了1BEv 高能物理研究重要装置高能物理研究重要装置高能物理研究重要装置高能物理研究重要装置应用实例应用实例:立体定向伽玛射线全身放射治疗系统（全身立体定向伽玛射线全身放射治疗系统（全身刀）刀）是一种融合立体定向技术和外科技术于一体，是一种融合立体定向技术和外科技术于一体，以治疗体部疾病为主的立体定向放射治疗设备，以治疗体部疾病为主的立体定向放射
7、治疗设备，它采用伽玛射线几何聚焦方式，通过精确的立它采用伽玛射线几何聚焦方式，通过精确的立体定向，将经过规划的一定剂量伽玛射线集中体定向，将经过规划的一定剂量伽玛射线集中射于预照靶点，一次性、致死性的摧毁耙点内射于预照靶点，一次性、致死性的摧毁耙点内的组织，以达到外科手术切除或损毁的效果。的组织，以达到外科手术切除或损毁的效果。由于射线采用旋转聚焦的方式，使射线经过人由于射线采用旋转聚焦的方式，使射线经过人体正常组织只受到瞬时、几乎无伤害的照射，体正常组织只受到瞬时、几乎无伤害的照射，并且剂量锐减，因此其治疗照射范围与正常组并且剂量锐减，因此其治疗照射范围与正常组织界限非常明显，边缘如刀割一样
8、，人们形象织界限非常明显，边缘如刀割一样，人们形象的称之为的称之为伽玛刀伽玛刀。高能物理研究重要装置高能物理研究重要装置应用实例流程图应用实例流程图:低速轻核低速轻核高速轻核高速轻核钴钴核核中中子子新核新核重核重核肿瘤肿瘤汽化汽化镍核镍核加速类型及原理演示加速类型及原理演示 直线加速直线加速PLAY回旋加速回旋加速PLAYUUUUUU物理仿真实验室物理仿真实验室-动画演示动画演示 回旋加速器回旋加速器背景材料背景材料 北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机国家实验室国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory加速器中心加速器中心 背
9、景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 学科方向学科方向 粒子加速器是一门多专业的综合性学科，它涉及到加速粒子加速器是一门多专业的综合性学科，它涉及到加速器物理和许多高技术领域，其中包括器物理和许多高技术领域，其中包括射频、电磁场、电源、超射频、电磁场、电源、超高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流诊断、辐射防护、低温超导诊断、辐射防护、低温超导，等等。，等等。加速器中心加速器中心学科方向学科方
10、向 粒子加速器不仅粒子加速器不仅是进行高能物理、原子物理、生命科学、材料是进行高能物理、原子物理、生命科学、材料科学等多种基础科学研究的重要实验装置，而且在工农业生产、医科学等多种基础科学研究的重要实验装置，而且在工农业生产、医疗、辐照和国防建设等方面也有广泛的应用前景疗、辐照和国防建设等方面也有广泛的应用前景。BEPC/BES的成功建造和取得的物理成果，使中国成为世界上重要的成功建造和取得的物理成果，使中国成为世界上重要的高能物理实验基地之一，在国际高能物理学界占有了一席之地。的高能物理实验基地之一，在国际高能物理学界占有了一席之地。到目前为止，到目前为止，BEPC对撞亮度在对撞亮度在-粲能
11、区仍居世界领先地位粲能区仍居世界领先地位。BEPC成功地用于同步辐射的实验研究，使高能所成为我国重要的同步辐成功地用于同步辐射的实验研究，使高能所成为我国重要的同步辐射实验基地之一。射实验基地之一。背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 加速器中心加速器中心学科方向学科方向 由于由于BEPC成功建造和长期稳定运行，使高能所成为我国成功建造和长期稳定运行，使高能所成为我国最有影响的加速器科学和技术的研究基地，培养和锻炼了一最有影响的加速器科学和技术的研究基地，培养
12、和锻炼了一支加速器科技队伍，具备了开展加速器理论和技术研究所需支加速器科技队伍，具备了开展加速器理论和技术研究所需要的基本计算和实验条件和设备，为今后加速器技术的发展要的基本计算和实验条件和设备，为今后加速器技术的发展打下了良好的基础。打下了良好的基础。背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 加速器中心加速器中心学科方向学科方向 背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC
13、National Laboratory 加速器中心加速器中心1.BEPCBEPC的稳定运行和性能提高的稳定运行和性能提高2.BEPC的发展的发展-BEPC23.基于电子直线加速器的研究项目基于电子直线加速器的研究项目4.国内、外加速器工程项目的合作国内、外加速器工程项目的合作5.加速器技术开发加速器技术开发背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 正负电子对撞机装置正负电子对撞机装置(BEPC)BEPCBEPC于于19891989年年初开始运行初开始运行北京正负电
14、子北京正负电子对撞机国家实对撞机国家实验室外景验室外景背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 正负电子对撞机装置正负电子对撞机装置(BEPC)正负电子在加速器中正负电子在加速器中运行轨迹示意图运行轨迹示意图背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 北京正负电子对撞机总控制中心北京正负电子对撞机总控制中心正负电子对撞机装置正负电子对撞
15、机装置(BEPC)背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 正负电子对撞机装置正负电子对撞机装置(BEPC)1.1-1.4 GeV 1.1-1.4 GeV 注入器注入器产生并加速正负电子的电子直线加速器产生并加速正负电子的电子直线加速器背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 正电子源正电子源正负电子对撞机装置正负电子对撞机装置(BEPC)背景材料背景材料 北京正负电子对撞机国家实验室北京正负电子对撞机国家实验室 BEPC National LaboratoryBEPC National Laboratory 正负电子对撞机装置正负电子对撞机装置(BEPC)欲进一步了解相关内容可登陆下面网站欲进一步了解相关内容可登陆下面网站: 本章主要内容系统网络本章主要内容系统网络本章重点内容本章重点内容本章重点问题与题型本章重点问题与题型课外作业课外作业物理群芳堂物理群芳堂富兰克林富兰克林库仑库仑奥斯特奥斯特法拉第法拉第安培安培洛仑兹洛仑兹
