Question

带电粒子在磁场中的运动是什么?

Answer 1

带电粒子在磁场中的运动是回旋运动。

带电粒子在磁场中的回旋运动（cyclotron gyration of a charged particle）是指带电粒子在恒定磁场中绕磁力线所作的匀速圆周运动。

一个电量为q、质量为m和速度为v的粒子，在均匀恒定磁场B中运动时，要受到洛伦兹力 F=qv×B的作用，作用力F的方向垂直于速度v和磁场B的方向，数值为 qv⊥B，v⊥是速度v在垂直于磁场方向上的分量。这个力只能改变速度的 方向，不改变速度的数值。又称回旋运动或拉莫尔运动。

原理

粒子围绕磁力线回转的频率ω。称为回旋频率或拉莫尔频率。回旋运动的方向与粒子所带电荷的正负号有关。对于一个确定的粒子，磁场越强回旋频率越高；质量越大回旋频率越小。回旋运动的轨迹是一个圆，称为拉莫尔圆。

由公式可以看到，带电量相等但质量不同的两种粒子，如果它们的速度相同，所处的磁场也相同，则拉莫尔半径与粒子质量成正比。经常利用这一原理制成质谱仪器。对于具有一定速度的带电粒子，磁场越强拉莫尔半径越小。因此，利用足够强的磁场，就能将带电粒子约束在磁力线的周围。