《大学物理》课程PPT教学课件：第三篇 相互作用和场 第十章 运动电荷间的相互作用和稳恒磁场（10.4）磁场对运动电荷及电流的作用

第三篇相互作用和场 第十章运动电荷间的相互作用和稳恒磁场 第拿第四游 本章共5.5讲

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§10.4磁场对运动电荷及电流的作用 洛仑兹力 广义洛仑兹力:F=qE+q×B 电场力磁场力(洛仑兹力) 1磁场对运动电荷的用F=qv×B 大小:F= gvBsin6 方向:垂直于(ν,平面 B q:×B方向 q:-(×B)方向 特点:不改变诙小,只改变动向 不对做功

§ 10.4 磁场对运动电荷及电流的作用 一. 洛仑兹力 F qE qv B     广义洛仑兹力: = +  电场力 磁场力（洛仑兹力） 1.磁场对运动电荷的作用 F qv B    =  特点：不改变 大小，只改变 方向. 不对 做功. v  q v  大小： F = qvBsin 方向：垂直于（ v , ）平面 B   +q : −q : v B    -(v B)    方向 方向 F    B  v  + q v  B F    − q 

练习:求q1,2相互作用洛仑兹力的大小和方向 B logv x 4: qi q×B 21 12 Poq1vIsina poq2v2sina B 4 2 4 F=g,v, Bsin90 12=q1v, B,sin 90 Poq12v12siia po91q2v1v2sIna 4 F2≠-F21%,磁场2

练习：求 q1 , q2 相互作用洛仑兹力的大小和方向 q1 q2 1 1 v  r 2 v   2 3 0 4 r qv r B       = F qv B    =  F21   B1  2 0 1 1 1 1 4 sin r q v B    =  F21 = q2 v2 B1 sin90 2 0 1 2 1 2 1 4 sin r q q v v    = B2  F12  2 0 2 2 2 2 4 sin r q v B    =  F12 = q1 v1 B2 sin90 2 0 1 2 1 2 2 4 sin r q q v v    = F12 F21     − q1 磁场 q2

2.带电粒子在电磁场中的运动 v∥E⊥E与角 FEaE q 强 电 场匀变速类 直线运动平F 类斜抛一 6 抛 v∥B B v与陕角 F=gvoB F=gvo Bsin6 强 场匀速 匀速率圆周运动 等螺距螺旋线运动 直线 R=mvo/q B R=mv/qB=mosin/ qB 2zm T=2丌m/q 7B h=Tvu vcose q B

2. 带电粒子在电磁场中的运动 F qE   = 匀速 直线 运动 F = 0  匀 强 电 场 匀 强 磁 场 v // E   0 v E   0 ⊥ v 与 E 夹 角    0 v 与 B 夹 角   0 v // B    0 v B   0 ⊥ F = qv0 B 匀速率圆周运动 R = mv 0 qB T = 2 m qB F = qv0 Bsin 等螺距螺旋线运动 R = mv⊥ qB = mv 0 sin qB  cos 2 v0 qB m h = Tv// = 匀变速 直线运动 类 平 抛 类 斜 抛 F  0 v  0 v  F  

应用: a)质谱仪 滤速器:qE=qνB ν=E/B 质谱分析: x=2R、2m aB B o g bo bx 2E 谱线位置:同位素质量 谱线黑度:相对含量

质谱分析： 0 2 2 qB mv x = R = E qB Bx m 2 0 = 谱线位置：同位素质量 谱线黑度：相对含量 应用： 滤速器： qE = qvB v = E B a）质谱仪 p •+q Fm  A 1 s 2 s Fe  • x + − B  0 s B0                                                                                                            v 

b)磁聚焦 均匀磁场,且θ很小: 6≈w6 B ⊥=Sine vn=wcos6≈v h B h=TV gb 带电粒子作不同半径的螺旋线运动,螺距h近似相 等,带电粒子经过距离h又重新汇集磁聚集。 具有轴对称性的磁场对电子束说来起着透镜的作用 磁透镜一电子显微镜 开创物质微观结构研究的新纪元

b）磁聚焦 具有轴对称性的磁场对电子束说来起着透镜的作用 磁透镜 电子显微镜 开创物质微观结构研究的新纪元。 h B  B  v   v v v v v v =  ⊥ =     cos sin // 均匀磁场，且  很小： qB mv h Tv// 2 = = 带电粒子作不同半径的螺旋线运动，螺距 h 近似相 等，带电粒子经过距离h又重新汇集——磁聚集

光学显微镜分辨率的理论极限:10-7m 1933年电子显微镜分辨率:108m 扫描透射电子显微镜分辨率:1.6×1040 可以直接观察原子 透射电子显微镜 L pHILPS 电子显微镜下 淋巴细胞的超微结构

光学显微镜分辨率的理论极限： 1933年电子显微镜分辨率： 扫描透射电子显微镜分辨率： 可以直接观察原子。 1.6 10 m, 10 m 10 m -10 -8 7  − 透 射 电 子 显 微 镜 电子显微镜下 淋巴细胞的超微结构

c)磁约束: [例]受控热核聚变(磁约東、惯性约束) 惯性约束:应用于激光核聚变。即依赖核燃料自身惯 性来约束,用高能脉冲激光激发核燃料(氘、氚丸), 在其飞散前(~1010s)完成热核反应。 磁约束:用磁场将高温等离子体约束在一定空间区域。 B v×横向 R=mv/q B个,R R 在强磁场中可以将离子约束在小 ×范围。脱离器壁

c）磁约束： [例] 受控热核聚变（磁约束、惯性约束） 惯性约束：应用于激光核聚变。即依赖核燃料自身惯 性来约束，用高能脉冲激光激发核燃料（氘、氚丸）， 在其飞散前（～10－10s）完成热核反应。 B ,R 横向： 在强磁场中可以将离子约束在小 范围。脱离器壁。 R = m v qB 磁约束：用磁场将高温等离子体约束在一定空间区域。  v  F  B  o R   

准稳态环形磁约束热核聚变实验装置 中国环流器1号(四川乐山585所)

准稳态环形磁约束热核聚变实验装置 －－－中国环流器1号（四川乐山585所）

纵向:非均匀磁场。 army h= T gB B B↑,h,h→0 反射一磁镜 磁瓶:离子在两磁镜间振荡。 0 地磁场俘获宇宙射线中带电 Farth 粒子形成内、外两层范艾伦 辐射带

纵向：非均匀磁场。 磁瓶：离子在两磁镜间振荡。 I I R v  B  Fm  f轴  f向  B , h, h→ 0 反射— 磁镜 qB mv h Tv// 2 = = 地磁场俘获宇宙射线中带电 粒子形成内、外两层范艾伦 辐射带