技術(shù)物理下冊（第三版）9-4 磁場對運動電荷的作用學習課件

9-4磁場對運動電荷的作用洛倫茲力回旋加速器帶電粒子在磁場中的螺旋運動現(xiàn)象與思考現(xiàn)象與思考儀表上不斷變化的曲線、電視機上美麗的圖像、加速器中高速運動的帶電粒子，都離不開磁場對運動電荷的作用力。我們把磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力。

如何判斷洛倫茲力的方向？計算洛倫茲力的大??？一、洛倫茲力

1.定義洛倫茲力的大小不但與磁感強度B、電荷q、電荷的運動速度v有關(guān)，而且還與速度v的方向有關(guān)。2.大小

（1）當電荷的速度方向與勻強磁場磁感強度方向垂直時，如圖9.4-1（a）所示，電荷所受洛倫茲力為

F=qvB

（2）當速度方向和磁感強度方向成任意角α

時，如圖9.4-1（b）所示，洛倫茲力為說明：它按照自己原來速度的大小和方向，在磁場中作勻速直線運動。F=qvBsinα

（3）當速度方向和磁感強度方向平行時，如圖9.4-1（c）所示，運動電荷不受洛倫茲力作用。F=0圖9.4-1帶電粒子進入勻強磁場××××××××××××××××BqvBqvBqvα（a）（b）

（c）3.方向（用左手定則，如圖9.4-2）

判斷方法：讓磁感線穿過手心，四指指向正電荷運動的方向（相當于電流方向），拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。如右圖。說明：如果研究對象是負電荷，則應使左手四指指向負電荷運動的反方向（相當于電流方向）。圖9.4-2左手定則當帶電粒子以垂直磁場方向進入勻強磁場中，如圖9.4-3所示。圖9.4-1帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動4.圓周運動××××××××××××××××BqvFOR說明：由于洛倫茲力的方向總是與電荷的速度方向垂直，所以洛倫茲力只改變運動速度的方向，而不改變速度的大小，因此帶電粒子做勻速圓周運動。（1）粒子做勻速圓周運動時的軌道半徑為（2）粒子做勻速圓周運動的周期為帶電粒子在磁場中的勻速圓周運動（動畫）例題一電子以垂直磁場方向進入一勻強磁場（如圖9.4-4），設電子速度v=1×107m/s，磁感強度B=2×10-2T，求電子所受洛倫茲力的大小和方向，電子在磁場中的回轉(zhuǎn)半徑以及回轉(zhuǎn)周期。圖9.4-4例題圖Fev解：

則電子所受洛倫茲力的大小為=3.2×10-14N已知m=9.1×10-31kg，q=1.6×10-19C，v=1×107m/s，B=2×10-2TF=qvB=1.6×10-19×1×107×2×10-2N洛倫茲力的方向，用左手定則判斷，如圖9.4-4所示。在洛倫茲力的作用下，電子做勻速圓周運動。則二、回旋加速器1.作用：用來獲得高能帶電粒子的裝置,如圖9.4-5所示。

圖9.4-5回旋加速器回旋粒子加速器（動畫）2.工作過程：（1）在兩個強磁極之間的勻強磁場中放置著兩個D形電極，被加速的帶電粒子在磁場中做圓周運動，轉(zhuǎn)過半周，在兩D形電極之間的電場中被加速。（2）每轉(zhuǎn)半周，電場方向改變一次，使得粒子每次經(jīng)過電場都恰好被加速。四、帶電粒子在磁場中的螺旋運動圖9.4-6

帶電粒子在磁場中的螺旋運動當帶電粒子的速度方向與勻強磁場方向成任意角度時，可把速度分解成兩個分量，如圖9.4-6：（1）一個和磁場方向平行：說明：平行分量使電荷沿磁場方向勻速前進。（2）一個和磁場方向垂直：說明：垂直分量使電荷在與磁場垂直的平面內(nèi)做勻速圓周運動。結(jié)論：帶電粒子同時參與這兩種運動，它的實際運動軌跡是一條螺旋線?；剞D(zhuǎn)半徑為：螺距h的大小為：練習帶電粒子以速度v垂直射入