1、带电粒子垂直进入带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动匀强磁场时的运动回旋加速器回旋加速器 问题引入问题引入洛伦兹力洛伦兹力问题引入问题引入 演示实验演示实验 给电子射线管两极间加上高电压，观察电给电子射线管两极间加上高电压，观察电子束的运动径迹；再将蹄形磁铁靠近射线管，看看电子束子束的运动径迹；再将蹄形磁铁靠近射线管，看看电子束的运动径迹会发生什么变化？的运动径迹会发生什么变化？实验现象实验现象 在没有外加电场时，电子射线管发出的电在没有外加电场时，电子射线管发出的电子束是沿直线前进的；把射线管放入磁体两极间时，电子子束是沿直线前进的；把射线管放入磁体两极间时，电子束的运动径迹发生了弯曲。束的运动
2、径迹发生了弯曲。实验结论实验结论 磁场对运动电荷有力的作用。磁场对运动电荷有力的作用。1.定义定义 磁场对运动电荷的作用力叫做磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力洛伦兹力。一、洛伦兹力一、洛伦兹力 2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 用左手定则判断。用左手定则判断。注意注意 用左手定则判断洛伦兹力的方向时，一定要注用左手定则判断洛伦兹力的方向时，一定要注意运动电荷的电性，意运动电荷的电性，四指的方向是正电荷运动的方向，是四指的方向是正电荷运动的方向，是负电荷运动的反方向。负电荷运动的反方向。.vfB+vfB 如图所示，当电荷在垂直于如图所示，当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运磁场的方向上运
3、动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力的大小为动电荷的洛伦兹力的大小为Bvqf 当电荷的运动方向与磁场方当电荷的运动方向与磁场方向一致时，导线不受磁场的作用向一致时，导线不受磁场的作用力，即力，即+Bqvf=0+vfB 3.洛伦兹力大小洛伦兹力大小 二、带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动二、带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动 分析分析 一带电粒子垂直进入一带电粒子垂直进入磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场。根的匀强磁场。根据左手定则，无论粒子运动到什据左手定则，无论粒子运动到什么位置，洛伦兹力总是跟粒子的么位置，洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直。因此，它只改变运动方向垂直。因此，它只改变粒子的运动方向，
4、不改变粒子速粒子的运动方向，不改变粒子速度的大小。对于粒子的运动来说，度的大小。对于粒子的运动来说，洛伦兹力起到向心力的作用洛伦兹力起到向心力的作用。1.运动性质运动性质 带电粒子垂直进入匀强磁场中，粒子带电粒子垂直进入匀强磁场中，粒子在垂直磁场方向的平面内做在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动。匀速圆周运动。2.粒子运动的轨道半径粒子运动的轨道半径RRvmBvqf2 qBvmR +vfBm 上式表明，当上式表明，当m、q、B均为恒量时，带电粒子运动均为恒量时，带电粒子运动的轨道半径的轨道半径 R 跟粒子的速率跟粒子的速率v 成正比。成正比。3.粒子运动的周期粒子运动的周期TvRT2 qBm2
5、 上式表明，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动上式表明，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，周期时，周期T与粒子的速度与粒子的速度v及轨道半径及轨道半径R无关。无关。三、回旋加速器三、回旋加速器 研究物质微观结构时，常用高研究物质微观结构时，常用高能粒子去轰击各种原子核，观察其能粒子去轰击各种原子核，观察其变化情况。变化情况。1932年美国物理学家劳年美国物理学家劳伦斯发明了一种回旋加速器，利用伦斯发明了一种回旋加速器，利用这种装置可获得能量极高的粒子。这种装置可获得能量极高的粒子。质量为质量为m、电荷量为、电荷量为q的粒子的粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨
6、道半径随速度的增加而增大，但其道半径随速度的增加而增大，但其运动周期却不变，这是回旋加速器运动周期却不变，这是回旋加速器的基本工作原理。的基本工作原理。回旋加速器的构造示意图回旋加速器的构造示意图带电粒子在回旋加速器中运动带电粒子在回旋加速器中运动 例例1 如图所示，两平行板间匀强电场和匀强磁场相互如图所示，两平行板间匀强电场和匀强磁场相互垂直，某带正电的粒子以速度垂直，某带正电的粒子以速度v垂直射入平行板间，带电垂直射入平行板间，带电粒子带电荷量为粒子带电荷量为q q。若要使带电粒子能沿直线穿过极板，。若要使带电粒子能沿直线穿过极板，试画出磁场的方向，并写出电场强度的计算式。试画出磁场的方向
7、，并写出电场强度的计算式。分析：分析：带电粒子为正电荷，所受电场力带电粒子为正电荷，所受电场力F 方向应与方向应与电场强度方向相同，即向左。电场强度方向相同，即向左。+v+-Ff 要使带电粒子沿直线穿过极板，要使带电粒子沿直线穿过极板，必须受力平衡，即粒子所受洛伦兹力必须受力平衡，即粒子所受洛伦兹力 f 须向右。须向右。根据左手定则，可知磁场方向根据左手定则，可知磁场方向应为应为垂直于纸面向里垂直于纸面向里。解：解：因为因为fF 所以所以BvqEq BvE 场强的大小为场强的大小为场强的方向为场强的方向为向左向左 思考思考：带电粒子若是沿与磁感线平行的方向进入匀：带电粒子若是沿与磁感线平行的方
8、向进入匀强磁场，它将怎样运动？为什么？强磁场，它将怎样运动？为什么？答答：带电粒子将做匀速直线：带电粒子将做匀速直线运动。因为它不受力。运动。因为它不受力。+Bqv+v+-Ff 例例2 如图所示如图所示，有一速度为，有一速度为1107 m/s的电子进入匀的电子进入匀强磁场中，并沿半径强磁场中，并沿半径R=10cm的半圆轨道由的半圆轨道由A 运动到运动到B。求求:（1）匀强磁场的磁感应强度的大小和方向；（）匀强磁场的磁感应强度的大小和方向；（2）此）此电子由电子由 A 至至 B 的运动时间？（电子重力忽略不计）的运动时间？（电子重力忽略不计）分析：分析：电子沿半圆轨道由电子沿半圆轨道由A 到到
9、B向右运动是因为运动电荷在磁场中要向右运动是因为运动电荷在磁场中要受到洛伦兹力的作用。由左手定则可受到洛伦兹力的作用。由左手定则可知，磁感应强度知，磁感应强度B的方向的方向垂直于纸面垂直于纸面向里向里，电子所受洛伦兹力即为电子做，电子所受洛伦兹力即为电子做圆周运动所需的向心力。圆周运动所需的向心力。解：解：（1）由公式）由公式 ，可知，可知匀强磁场的磁感应强度的大小匀强磁场的磁感应强度的大小qBmvR RqvmB T106.11.010101.919731 T1014.13 2Tt Bqm s106.11014.1101.914.319331 s1057.18 （2）电子由）电子由A 到到B 所需时间为所需时间为+v.BvB 1.如图所示，带电粒子以速度如图所示，带电粒子以速度v 垂直进入匀强磁场，垂直进入匀强磁场，试分别标出带电粒子所受洛伦兹力的方向。试分别标出带电粒子所受洛伦兹力的方向。练练 习习f 2.粒子的电荷量为粒子的电荷量为3.21019 C，以以3107 m/s的速的速度垂直进入磁感应强度为度垂直进入磁感应强度为2 T的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求 粒子的粒子的所受的洛伦兹力。所受的洛伦兹力。f 解：解：N2103102.3719 -BvqfN1092.111-
