带电粒子在磁场中的运动

时间:2023-03-10作者:佚名

当电荷进入电场和磁场中时,它将受到电场和磁场的作用,这样就可以用一定的电场和磁场来控制带电粒子的运动。这在科学技术上有很广泛的应用,很多电子仪器,特别是电子光学仪器,都是利用电场和磁场来控制带电粒子的运动。
1、带电粒子的初速度带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动垂直
一电量为带电粒子在磁场中的运动的粒子以初速度带电粒子在磁场中的运动射入磁场中,带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动垂直。所受洛仑兹力带电粒子在磁场中的运动的方向与带电粒子在磁场中的运动方向相同。由于带电粒子在磁场中的运动,所以带电粒子在磁场中的运动是法向力,它只改变速度的方向,不改变速度的大小。带电粒子所受洛仑兹力的大小为
带电粒子在磁场中的运动
它是一个大小不变的法向力。在它的作用下,带电粒子在与带电粒子在磁场中的运动垂直的平面内作匀速圆周运动。粒子是沿顺时针方向还是沿逆时针方向绕行,取决于粒子带的是正电还是负电。
⑴ 回转半径
带电粒子作圆周运动的半径叫回转半径。根据牛顿第二定律,带电粒子作圆周运动的向心力为
带电粒子在磁场中的运动
这里的向心力带电粒子在磁场中的运动就是洛仑兹力带电粒子在磁场中的运动,即
带电粒子在磁场中的运动
所以,回转半径为
带电粒子在磁场中的运动

对于一定的带电粒子,带电粒子在磁场中的运动是一定的,如果带电粒子在磁场中的运动也确定,则带电粒子在磁场中的运动。只要入射时的初速度带电粒子在磁场中的运动一定,粒子作圆周运动的半径就确定了。初速度越大,回转半径越大。
⑵ 回转周期
带电粒子绕行一周所用的时间叫回转周期。因为带电粒子绕行一周走过的路程为2πR,绕行的速率为带电粒子在磁场中的运动,所以回转周期为
带电粒子在磁场中的运动
可见,回转周期带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动无关,只决定于带电粒子在磁场中的运动。这说明虽然速率大的带电粒子回转半径大,速率小的带电粒子回转半径小,但它们各自绕行一周所用的时间相同。
⑶ 回转频率
带电粒子在单位时间内绕圆周转动的圈数叫回转频率。它是回转周期的倒数,即

带电粒子在磁场中的运动
2、带电粒子的初速度带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动成任意角度 带电粒子在磁场中的运动
一电量为带电粒子在磁场中的运动的粒子以初速度带电粒子在磁场中的运动射入磁场中,带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动成任意角度带电粒子在磁场中的运动。这时的处理方法与在力学中分析抛体运动类似。将粒子的初速度分解为平行于带电粒子在磁场中的运动和垂直于带电粒子在磁场中的运动的两个分量。设平行于带电粒子在磁场中的运动和垂直于带电粒子在磁场中的运动的两个速度分量分别为带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动

带电粒子在磁场中的运动
在平行于带电粒子在磁场中的运动的方向上,有

带电粒子在磁场中的运动

该方向上带电粒子不受洛仑兹力作用,因而作匀速直线运动。
在垂直于带电粒子在磁场中的运动的方向上,有
带电粒子在磁场中的运动
这个方向上带电粒子受洛仑兹力作用,因而在垂直于的平面内作匀速圆周运动。将这两个方向上的运动合成,得知带电粒子的运动轨迹是螺旋线。螺旋线上相邻两个圆周的对应点之间的距离成为螺距,用带电粒子在磁场中的运动表示。则
带电粒子在磁场中的运动
综上所述,在一般情况下(带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动成任意角度带电粒子在磁场中的运动),带电粒子在均匀磁场中的运动轨迹是以磁感应线为轴线的螺旋线。根据这个原理,可以利用磁场把电子束聚焦,这种磁聚焦现象可以用来制做电子显微镜等电子光学器件。

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