洛伦兹力与现代技术.ppt

洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，尤其在电磁学领域。它描述了带电粒子在电磁场中受到的力，是由丹麦物理学家亨里克·洛伦兹提出的。洛伦兹力公式为 \( F=q(E+v\times B) \)，其中 \( F \) 是洛伦兹力，\( q \) 是粒子的电荷量，\( E \) 是电场强度，\( v \) 是粒子的速度，\( B \) 是磁感应强度。 在"洛伦兹力与现代技术.ppt"中，讨论了洛伦兹力在不同情况下的应用和带电粒子在电场和磁场中的运动规律。一个粒子源发射出的正电粒子在水平方向上运动，受到电场 \( E \) 和磁场 \( B \) 的共同作用。如果重力可以忽略，粒子将受到电场力 \( F_{电} \) 和洛伦兹力 \( F_{洛} \) 的影响。洛伦兹力是垂直于粒子速度和磁场方向的，而电场力则平行于电场方向。当这两力相等且方向相反时，粒子将沿直线穿越场区，即粒子的速度 \( v \) 必须满足 \( qE = qvB \)，解得 \( v = E/B \)。 速度选择器是一种利用电场和磁场的设备，它能让特定速度的带电粒子通过，而不论粒子的电荷符号和电量大小。在这种情况下，只有当电场力和洛伦兹力平衡时，粒子才能沿直线移动，不受偏转。这意味着，即使粒子的电量改变，只要速度保持在 \( v = E/B \)，它仍然可以沿直线穿越。然而，负电荷粒子由于洛伦兹力方向与正电荷相反，即使速度相同，也无法沿直线穿过。 接着，文件提到了托卡马克装置，这是一种用于研究受控核聚变的人造太阳。在这个装置中，带电粒子在强磁场中进行复杂的运动，尤其是当粒子垂直于磁场方向进入时，它们将受到洛伦兹力的作用，被迫做匀速圆周运动。这是因为洛伦兹力始终垂直于粒子速度和磁场方向，提供维持圆周运动所需的向心力。 无磁场时，带电粒子在垂直电场方向进入时会做类平抛运动；而在仅受磁场力作用时，垂直磁场方向进入的粒子将做圆周运动。对于粒子做圆周运动的条件，当粒子速度 \( v \) 垂直于磁场 \( B \) 时，粒子做匀速圆周运动，其半径 \( r \) 由 \( r = mv/(qB) \) 给出，周期 \( T \) 由 \( T = 2\pi m/(qB) \) 确定。这两个公式表明，粒子的轨道半径与其速率成正比，而周期与速率无关，只取决于粒子的质量、电荷量和磁场强度。 文件给出了一个选择题，涉及两个相同带电粒子在相同磁场中运动的情况。根据粒子在磁场中的运动特性，如果粒子速度不同但轨迹不同（一个为a，另一个为b），那么速度较大的粒子（假设为 \( v_a > v_b \)）将在磁场中经历更短的飞行时间（\( t_a < t_b \)），因为它的圆周运动半径更大，因此覆盖相同距离所需的时间更少。所以正确答案是 B．\( v_a > v_b \), \( t_a < t_b \)。 洛伦兹力在现代技术中有广泛的应用，包括粒子加速器、磁约束聚变装置等。理解洛伦兹力对带电粒子的影响及其在电场和磁场中的运动规律是电磁学的基础，并对科技发展有着深远的意义。