《大学物理学》课程教学资源（PPT课件）第八章 电流和恒磁场 §8-6 带电粒子在磁场中的运动

$ 8-6带电粒子在磁场中的运动洛伦兹力一般情况下，如果带电粒子在磁场中运动时，磁场对运动电荷产生力的作用，此一磁场力叫洛伦兹力。方向与磁场B方向成夹角θ时。洛伦兹力为F=qv×B大小: F =gvBsin 0+方向：×B 的方向(右手螺旋定则)银

上页 下页 返回 退出 F = qv B sin  F qv B    =  大小： 方向： v B 的方向    §8-6 带电粒子在磁场中的运动 一、洛伦兹力 一般情况下，如果带电粒子在磁场中运动时，磁 场对运动电荷产生力的作用，此一磁场力叫洛伦兹 力。 v 方向与磁场 方向成夹角 时。洛伦兹力为  B  v  F  （右手螺旋定则）

带电粒子所受洛伦兹力总是和带电粒子运动方向垂直，故它只能改变带电粒子运动方向，不改变速度大小，即洛伦兹力不作功。1.带电粒子在均匀磁场中的运动当带电粒子沿磁场方向运动时：F=0粒子作匀速直线运动。当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时：F = qv.B下返圆退

上页 下页 返回 退出 当带电粒子沿磁场方向运动时: F = q v0 B F = 0 当带电粒子的运动方向与磁 场方向垂直时: 0 v  0 v  F  带电粒子所受洛伦兹力总是和带 电粒子运动方向垂直，故它只能 改变带电粒子运动方向，不改变 速度大小，即洛伦兹力不作功。 1.带电粒子在均匀磁场中的运动 粒子作匀速直线运动

由于洛伦兹力与速度方向垂直，粒子在磁场中做匀速圆周运动。洛伦兹力为向心力·轨道0qVoB = m半径RmVoR=qB2元Rm周期T2元qBVo2元qB.0O角频率Tm银

上页 下页 返回 退出 R v qv B m 2 0 0 = qB mv R 0 = 周期 qB m v R T   2 2 0 = = 轨道 半径 由于洛伦兹力与速度方向垂直，粒子在磁场中 做匀速圆周运动。洛伦兹力为向心力 R m qB T = =   2 角频率

如果与B斜交成确mvo sin mvR=粒子作螺旋运动，半径qBqBB周期2元mHRT:qB一螺距2元R2 元mV。 cos h= V,T = VqB2注意：螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关上夏下夏返回退

上页 下页 返回 退出 （3）如果 与 B 斜交成角  0 v  qB m T 2 = 粒子作螺旋运动，半径 h R B  qB m v qB m v R 0 sin  = = ⊥ 螺距 周期 q B m v v R h v T v 2 2 0 cos = / / = / / = ⊥ 注意:螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关  // v ⊥ v 0 v

2.带电粒子在非均匀磁场中运动带申粒子在非均匀磁场中运动时，半径和螺距都将随磁场增大而减小，将作变半径的螺旋线运动：特别是当粒子向磁场增强的方向运动时，粒子所受的磁场力，恒有一指向磁场较弱方向的分力，这个分力阻止带电粒子向磁场较强的方向运动。这样有可能使粒子沿磁场增强方向的速度逐渐减小到零，从而迫使粒子掉向反转运动。粒子的这种返转运动就好象光线遇到镜面的反射一样，所以这种装置称为磁镜

上页 下页 返回 退出 2.带电粒子在非均匀磁场中运动 带电粒子在非均匀磁场中运动时, 半径和螺距 都将随磁场增大而减小，将作变半径的螺旋线运动 ；特别是当粒子向磁场增强的方向运动时，粒子所 受的磁场力,恒有一指向磁场较弱方向的分力,这个 分力阻止带电粒子向磁场较强的方向运动。这样有 可能使粒子沿磁场增强方向的速度逐渐减小到零,从 而迫使粒子掉向反转运动。粒子的这种返转运动就 好象光线遇到镜面的反射一样，所以这种装置称为 磁镜

B099线圈（磁镜）银

上页 下页 返回 退出 F2 F1 B v F B v 线圈(磁镜)

（2）磁约束装置（磁瓶）等离子体线圈线圈（磁镜）（磁镜）圆银

上页 下页 返回 退出 （磁镜） （磁镜） （2）磁约束装置（磁瓶）

范艾仑辐射带：宇宙中的磁约束现象当来自外层空间的大量粒子(宇宙射线)进入地球磁场范围，粒子将绕地磁感应线作螺旋运动，因为在近两极处地磁场增强，作螺旋运动的粒子将被折回，结果粒子在沿磁感应线的区域内来回振荡，形成一个带电粒子区域，称范艾仑辐射带，此带相对地球作对称分布。圆银

上页 下页 返回 退出 当来自外层空间的大量粒子(宇宙射线)进入地球磁 场范围,粒子将绕地磁感应线作螺旋运动,因为在近 两极处地磁场增强,作螺旋运动的粒子将被折回,结 果粒子在沿磁感应线的区域内来回振荡,形成一个 带电粒子区域,称范艾仑辐射带,此带相对地球作对 称分布。 范艾仑辐射带：宇宙中的磁约束现象

ProtonstrappedininnerradiationbeltsNorth范艾仑辐射带的形成示意图PoleO400N6000020.c606000700900ooLoSouthElectronstrapped inPoleouterradiationbelts更下夏返圆银

上页 下页 返回 退出 范艾仑辐射带的形成示意图

1958年人造卫星的探测发现，，范艾仑辐射带有两层内层在距地面800-4000Km处，外层在60000Km处。包围地球外围的范艾仑辐射带Inner(aroton)zone返圆银

上页 下页 返回 退出 包围地 球外围 的范艾 仑辐射 带 1958年人造卫星的探测发现,范艾仑辐射带有两层, 内层在距地面800-4000Km处,外层在60000Km处