大學(xué)物理-(91)

1、第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)二二 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)舉例帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)舉例RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf211 . 回旋半徑和回旋頻率回旋半徑和回旋頻率第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 例例1 在垂直紙平面的均勻磁場(chǎng)的作用下，有一電在垂直紙平面的均勻磁場(chǎng)的作用下，有一電子束在紙平面內(nèi)，作如圖所示的圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑為子束在紙平面內(nèi)，作如圖所示的圓周運(yùn)

2、動(dòng)，其半徑為R = 15cm. 已知電子是在已知電子是在 的加速電壓下，的加速電壓下，由靜止獲得作勻速圓周速度的由靜止獲得作勻速圓周速度的. 試求：（試求：（1）均勻磁場(chǎng)）均勻磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度是多少？（的磁感強(qiáng)度是多少？（2）電子的角速率是多少？）電子的角速率是多少？175VV 解（解（1）2ke/2EmvP()EeV 由能量守恒定律，有由能量守恒定律，有2e/2me V v1/261e2()7.86 10 m se Vmv4e2.98 10TBmeRv/（2）715.24 10 rad sRv/第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒

3、子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2 . 磁聚焦磁聚焦（洛侖茲力不做功洛侖茲力不做功）vvv/sinvv 洛侖茲力洛侖茲力 BqFvm 與與 不垂直不垂直Bvcosvv/qBmT2qBmRvqBmd2cosvTv/螺距螺距第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 應(yīng)用應(yīng)用 電子光學(xué)電子光學(xué) , 電子顯微鏡等電子顯微鏡等 . 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場(chǎng)中某點(diǎn)在均勻磁場(chǎng)中某點(diǎn) A 發(fā)射一束初速相發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子差不大的帶電粒子, 它們的它們的 與與 之間的夾角之間的夾角 不盡相同不盡相同 ,

4、但都較小但都較小, 這些粒子沿半徑不同的螺旋這些粒子沿半徑不同的螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng), 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一點(diǎn)都相交于屏上同一點(diǎn), 此此現(xiàn)象稱(chēng)之為磁聚焦現(xiàn)象稱(chēng)之為磁聚焦 .0vB第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)B帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)*3 . 地磁場(chǎng)的磁約束作用地磁場(chǎng)的磁約束作用vvv/BqBmR1v 與與 不垂直不垂直Bv 為非均勻磁場(chǎng)為非均勻磁場(chǎng)B 地磁場(chǎng)是非均勻磁場(chǎng)，從赤道到兩極磁感應(yīng)強(qiáng)度地磁場(chǎng)是非均勻磁場(chǎng)，從赤道到兩極磁感應(yīng)強(qiáng)度

5、逐漸增強(qiáng)逐漸增強(qiáng). 宇宙射線(xiàn)中的高能電子和質(zhì)子進(jìn)入地磁場(chǎng)，宇宙射線(xiàn)中的高能電子和質(zhì)子進(jìn)入地磁場(chǎng)，將被磁場(chǎng)捕獲，并在地磁南北極間來(lái)回震蕩，形成范將被磁場(chǎng)捕獲，并在地磁南北極間來(lái)回震蕩，形成范阿倫輻射帶阿倫輻射帶.第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)地磁場(chǎng)對(duì)來(lái)自宇宙空間高能帶電粒子的磁約束作用地磁場(chǎng)對(duì)來(lái)自宇宙空間高能帶電粒子的磁約束作用SN地球軌道平面地球軌道平面5 .23質(zhì)質(zhì)子子電電子子5 .11磁北極磁北極地理北極地理北極范阿倫輻射帶范阿倫輻射帶.第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)

6、教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1 . 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜.1p2p+-2s3s1s速度選擇器速度選擇器照相底片照相底片質(zhì)譜儀的示意圖質(zhì)譜儀的示意圖三三 帶電粒子受電磁場(chǎng)作用的現(xiàn)代技術(shù)運(yùn)用舉例帶電粒子受電磁場(chǎng)作用的現(xiàn)代技術(shù)運(yùn)用舉例第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2 . 回旋加速器回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D型室型室. 此加速器可將

7、質(zhì)子和氘核加速到此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，為此為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)mqBf2mqBR0v2k21vmE 頻率與半徑無(wú)關(guān)頻率與半徑無(wú)關(guān)到半圓盒邊緣時(shí)到半圓盒邊緣時(shí)mRBqE22022k回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖NSB2D1DON第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 我國(guó)于我國(guó)于1996年建成

8、年建成的第一臺(tái)強(qiáng)的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速流質(zhì)子加速器器 ，可產(chǎn)生，可產(chǎn)生數(shù)十種中短數(shù)十種中短壽命放射性壽命放射性同位素同位素 .第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 例例 2 有一回旋加有一回旋加 速器，他速器，他 的交變的交變 電壓的電壓的 頻率頻率為為 ，半圓形電極的半徑為，半圓形電極的半徑為0.532m . 問(wèn)問(wèn) 加速加速氘核所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大氘核所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大？氘核所能達(dá)到的最大氘核所能達(dá)到的最大動(dòng)能為多大動(dòng)能為多大？其最大速率有多大其最大速率有多大？（已知氘核的質(zhì)量（已知氘核的質(zhì)

9、量為為 ，電荷為，電荷為 ）. Hz10126kg103 . 327C106 . 119解解 由粒子的回旋頻率公式，可得由粒子的回旋頻率公式，可得T56. 1T106 . 11012103 . 31962722BqmfMeV7 .1622022kmRBqE170sm1002. 4mqBRv第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)霍 耳 效 應(yīng)* 3 . 霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11 7 11 7 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdv第十一章第十一章 恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）11