电子在电磁场中的运动规律-实验报告

磁场约束
通过特定设计的磁场结构，可以将带电粒子约束在某一特定区域内，实现带电粒子的稳定运动。
04
带电粒子在复合场中的运动
电场与磁场的相互作用
电场与磁场相互垂直
当电场与磁场相互垂直时，带电粒子在复合场中的运动轨迹为圆 周或螺旋线。
电场与磁场同向平行
当电场与磁场同向平行时，带电粒子在复合场中的运动轨迹为直线 或抛物线。
拓展应用领域
目前带电粒子在电场或磁场中的运动主要应用于 科研和工业生产，未来可以拓展其在环保、医疗 等领域的应用。
THANKS感谢观看将带电粒子注入固体材料 中，改变材料的性质，用 于半导体制造、表面改性 等领域。
未来研究方向与挑战
1 2 3
探索更高能量粒子的运动规律
随着科技的发展，需要研究更高能量粒子的运动 规律，以推动相关领域的研究进展。
实现更精确的粒子控制
目前粒子控制技术还存在一定的局限性，未来需 要探索更精确的粒子控制方法，提高相关设备的 性能。
粒子运动的能量守恒
带电粒子在电场或磁场中的运动过程中，其动能和势能之 间相互转化，总能量保持守恒。
在科技领域的应用前景
粒子加速器
利用电场加速带电粒子， 提高粒子的能量，用于核 物理、高能物理等领域的 研究。
电子显微镜
利用磁场约束和引导电子， 提高成像的分辨率，广泛 应用于生物学、医学等领 域。
离子注入技术
复合场中的粒子加速器
直线加速器
通过逐步增加电场强度，使带电粒子在 电场中不断加速，最终获得高能量。
VS
回旋加速器
利用磁场和电场的共同作用，使带电粒子 在环形轨道中不断加速，最终获得高能量 。
05
带电粒子运动的实验观察与验证

电磁场与电磁波实验报告电磁场与电磁波实验报告引言：电磁场和电磁波是物理学中非常重要的概念。

电磁场是由电荷产生的一种物理场，它的存在和变化会影响周围空间中的其他电荷。

而电磁波则是电磁场的一种传播形式，它以电磁场的振荡和传播为基础，具有波动性质。

本次实验旨在通过实际操作和测量，深入了解电磁场和电磁波的特性。

实验一：测量电磁场强度在实验一中，我们使用了一个电磁场强度计来测量不同位置的电磁场强度。

首先，我们将电磁场强度计放置在一个固定的位置，记录下此时的电磁场强度。

然后，我们将电磁场强度计移动到其他位置，重复测量过程。

通过这些数据，我们可以得出不同位置的电磁场强度的分布情况。

实验结果显示，电磁场强度随着距离的增加而逐渐减弱。

这符合电磁场的特性，即电荷产生的电磁场在空间中以一定的规律传播，而传播的强度会随着距离的增加而减弱。

这一实验结果验证了电磁场的存在和变化对周围环境的影响。

实验二：测量电磁波频率和波长在实验二中，我们使用了一个频率计和一个波长计来测量电磁波的频率和波长。

首先，我们将频率计和波长计设置好，并将它们与电磁波源连接。

然后，我们观察频率计和波长计的测量结果，并记录下来。

通过这些数据，我们可以得出电磁波的频率和波长的数值。

实验结果显示，不同频率的电磁波具有不同的波长。

频率越高的电磁波，波长越短；频率越低的电磁波，波长越长。

这符合电磁波的特性，即电磁波的振荡频率和波长之间存在一定的关系。

这一实验结果验证了电磁波的波动性质，以及频率和波长之间的关系。

实验三：观察电磁波的干涉和衍射现象在实验三中，我们使用了一块光栅和一个狭缝装置来观察电磁波的干涉和衍射现象。

首先，我们将光栅放置在光源前方，并调整光源的位置和光栅的角度。

然后，我们观察到在光栅后方的屏幕上出现了一系列明暗相间的条纹。

这些条纹是由电磁波的干涉和衍射效应引起的。

实验结果显示，当电磁波通过光栅时，会发生干涉和衍射现象。

干涉现象表现为明暗相间的条纹，而衍射现象表现为条纹的扩散和交替。

微波电子自旋共振【摘要】本文通过电子自旋共振实验，解释恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场的作用下会发生磁能级间的共振跃迁现象。

一、引言电子自旋的概念首先由Pauli 于1924年提出。

而电子自旋共振实验则是从1945年开始才发展起来的一项新技术。

电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质，如具有奇数个电子的原子、分子、内电子壳层未被充满的离子、受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。

通过共振谱线的研究，可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构和化学键的信息，故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术，在物理、化学、生物、医学等领域有广泛用途。

“自旋”概念的明确提出：1925年，两位年轻的荷兰学生乌伦贝克和哥德斯密特，“为了解释反常塞曼效应”，受泡利不相容原理的启发，明确提出了电子具有自旋的概念，并证明了“自旋”就是泡利提出的“新自由度”。

1926年，海森伯和约旦引进自旋S ，用量子力学理论对反常塞曼效应作出了正确的计算。

1927年，泡利引入了泡利矩阵作为自旋操作符号的基础，引发了保罗-狄拉克发现描述相对论电子的狄拉克方程式。

电子自旋共振(ESR ，Electron Spin Resonance)是一种奇妙的实验现象，也被称为电子顺磁共振(EPR ，Electron Paramagnetic Resonance)。

它利用具有未偶电子的物质在外加恒定磁场作用下对电磁波的共振吸收特性，来探测物质中的未偶电子，研究其与周围环境的相互作用，从而获得有关物质微观结构的信息。

电子自旋共振现象直到1944年才由苏联喀山大学的扎沃伊斯基.Зabouchu ǔ)在实验中观察到。

二、实验原理1、量子力学解释电子具有自旋，其自旋角动量Pe 和自旋磁矩e μ的关系为：图1 自旋能级在磁场中的取向e B e P h g ρρμμ-=g 为朗德因子，B μ为玻耳磁子，其值为×1O-11MevT-1。

第1篇一、实验目的1. 理解电磁场的基本概念和性质。

2. 掌握电磁场的基本测量方法。

3. 分析电磁场在不同介质中的传播特性。

4. 熟悉电磁场实验设备的操作。

二、实验原理电磁场是电场和磁场的总称，它们在空间中以波的形式传播。

本实验通过搭建电磁场实验平台，观察和分析电磁场在不同介质中的传播特性，以及电磁场与电荷、电流的相互作用。

三、实验器材1. 电磁场实验平台2. 电磁场发生器3. 电磁场传感器4. 信号发生器5. 示波器6. 测量仪器（如：电流表、电压表、频率计等）7. 实验用线、连接器等四、实验内容1. 电磁场基本性质观察（1）搭建电磁场实验平台，观察电磁场在不同介质中的传播特性。

（2）通过电磁场发生器产生电磁波，观察电磁波在空气、水、金属等介质中的传播情况。

2. 电磁场测量（1）利用电磁场传感器测量电磁场强度。

（2）通过信号发生器产生已知频率和强度的电磁波，与传感器测量结果进行对比。

3. 电磁场与电荷、电流的相互作用（1）观察电磁场对电荷的作用，如电场力、洛伦兹力等。

（2）观察电磁场对电流的作用，如安培力、法拉第电磁感应等。

4. 电磁场实验设备操作（1）学习电磁场实验平台各部分的功能和操作方法。

（2）掌握电磁场传感器、信号发生器、示波器等仪器的使用方法。

五、实验步骤1. 搭建电磁场实验平台，连接好各部分仪器。

2. 观察电磁场在不同介质中的传播特性，记录实验数据。

3. 利用电磁场传感器测量电磁场强度，与信号发生器产生的电磁波强度进行对比。

4. 观察电磁场对电荷和电流的作用，记录实验数据。

5. 学习电磁场实验设备操作，熟悉各仪器使用方法。

六、实验结果与分析1. 电磁场在不同介质中的传播特性：电磁波在空气中传播速度最快，在水、金属等介质中传播速度较慢。

2. 电磁场强度测量：通过传感器测量得到的电磁场强度与信号发生器产生的电磁波强度基本一致。

3. 电磁场与电荷、电流的相互作用：电磁场对电荷的作用表现为电场力，对电流的作用表现为安培力。

磁流体发电
气体在3000K高温下将 + 高温 等离 子气
+ + +
v v
I
发生电离，成为正、负离子，
将高温等离子气体以 1000m/s的速度进入均匀磁


fm
+ －
–


B
场B中，
根据洛仑兹力公式
f qv B
– – –
fm
正电荷聚集在上板，负电荷聚集在下板，因而可向外供电。



B



•电子偶：理论和实验都表明，正电子总是伴随着 电子一起出现的，犹如成对成双的配偶，故称之为 电子——正电子偶，简称电子偶或电子对。
3、磁聚焦
速度与磁场有一个夹角θ， 把速度分解成平行于磁场 的分量与垂直于磁场的分 量 v // v cos v v sin 在平行于磁场的方向： F//=0 ，作匀速直线运动； 在垂直于磁场的方向： F⊥=qvBsinθ，匀速圆周运动 故带电粒子同时参与两个运动，结果粒子作螺旋线向前运动， 轨迹是螺旋线。 mv mv 螺距——粒子回转一周 sin 回旋半径 R qB qB 所前进的距离
0
q B R0 2m
2
2
2
2
从原理上说，要增大粒子的能量，可以从增大电磁铁的截面 （即增大半圆盒的面积）着手，但实际上这里很困难的。
我国最大的三个加速器
北京正负电子对撞机
合肥同步辐射加速器
兰州重离子加速器
4、霍耳效应
•现象 1879年霍耳发现把一载流导体 d 放在磁场中，如果磁场方向与 电流方向垂直，则在与磁场和 电流二者垂直的方向上出现横 uH b 向电势差，这一现象称之为霍 耳效应。相应的电势差称为霍 耳电压。

实验一 静电场仿真1．实验目的建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念;2．实验仪器计算机一台3．基本原理当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时,电场也就不随时间变化,这种电场称为静电场;点电荷q 在无限大真空中产生的电场强度E 的数学表达式为204qE r r πε= r 是单位向量 1-1真空中点电荷产生的电位为04qr ϕπε= 1-2其中,电场强度是矢量,电位是标量,所以,无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的,电场强度为1221014ni n i i i q E E E E r r πε==+++=∑ i r 是单位向量1-3 电位为121014ni n i i q r ϕϕϕϕπε==+++=∑ 1-4 本章模拟的就是基本的电位图形;4．实验内容及步骤1 点电荷静电场仿真题目：真空中有一个点电荷-q,求其电场分布图;程序1:负点电荷电场示意图clearx,y=meshgrid-10:1.2:10;E0=8.85e-12;q=1.610^-19;r=;r=sqrtx.^2+y.^2+1.010^-10m=4piE0r;m1=4piE0r.^2;E=-q./m1.r;surfcx,y,E;负点电荷电势示意图clearx,y=meshgrid-10:1.2:10; E0=8.85e-12;q=1.610^-19;r=;r=sqrtx.^2+y.^2+1.010^-10m=4piE0r;m1=4piE0r.^2;z=-q./m1surfcx,y,z;xlabel'x','fontsize',16ylabel'y','fontsize',16title'负点电荷电势示意图','fontsize',10程序2clearq=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:0.16:4;y=x; X,Y=meshgridx,y;R1=sqrtX+1.^2+Y.^2+1.010^-10;R2=sqrtX-1.^2+Y.^2+1.010^-10;Z=qk1./R2-1./R1;ex,ey=gradient-Z;ae=sqrtex.^2+ey.^2;ex=ex./ae;ey=ey./ae; cv=linspaceminminZ,maxmaxZ,40; contourX,Y,Z,cv,'k-';hold onquiverX,Y,ex,ey,0.7;clearq=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:0.15:4;y=x; X,Y=meshgridx,y;R1=sqrtX+1.^2+Y.^2+1.010^-10;R2=sqrtX-1.^2+Y.^2+1.010^-10;U=qk1./R2-1./R1;ex,ey=gradient-U;ae=sqrtex.^2+ey.^2;ex=ex./ae;ey=ey./ae; cv=linspaceminminU,maxmaxU,40; surfcx,y,U;实验二恒定电场的仿真1．实验目的建立恒定电场中电场及电位空间分布的直观概念;2．实验仪器计算机一台3．基本原理电场的大小和方向均不随时间变化的场称为恒定电场,如直流导线,虽说电荷在导线内运动,但电场不随时间变化而变化,所以,直流导线形成的电场是恒定电场;对于恒定电场,我们可以假设其为静电场,假设有静止不动的分布在空间中的电量q产生了这一电场;通过一些边界条件等确定自己所需要的变量,然后用静电场的方法来求解问题;4．实验内容及步骤1高压直流电线表面的电场分布仿真题目：假设两条高压导线分别是正负电流,线间距2m,线直径0.04m,电流300A,两条线电压正负110kV,求表面电场分布;程序clearx,y=meshgrid -2:0.1:2; r1=sqrtx+1.^2+y.^2+0.14; r2=sqrtx -1.^2+y.^2+0.14; k=100/log1/0.02; E=k1./r1-1./r2; surfcx,y,E;xlabel'x','fontsize',16 ylabel'y','fontsize',16 title'E','fontsize',10 RR D=2m X Y P 图2-1高压直流电线示意图 R2 R1clearx,y=meshgrid-2:0.1:2;r1=sqrtx+1.^2+y.^2+0.14; r2=sqrtx-1.^2+y.^2+0.14; k=100/log1/0.02;m=log10r2./r1;U=km;surfcx,y,U;xlabel'x','fontsize',16 ylabel'y','fontsize',16title'U','fontsize',10实验三 恒定磁场的仿真1．实验目的建立恒定磁场中磁场空间分布的直观概念;2．实验仪器计算机一台3．基本原理磁场的大小和方向均不随时间变化的场,称为恒定磁场; 线电流i 产生的磁场为：024IdldB r μπ=说明了电流和磁场之间的关系,运动的电荷能够产生磁场;4．实验内容及步骤圆环电流周围引起的磁场分布仿真题目：一个半径为0.35的电流大小为1A 的圆环,求它的磁场分布;分析：求载流圆环周围的磁场分布,可以用毕奥—萨伐尔定律给出的数值积分公式进行计算：图3-1载流圆环示意图程序 clear x=-10:0.5:10; u0=4pi10^-7; R=0.35;I=1;B=u0IR.^2./2./R.^2+x.^2.^3/2; plotx,B;RrpxdB实验四电磁波的反射与折射1．实验目的1熟悉相关实验仪器的特性和使用方法2掌握电磁波在良好导体表面的反射规律2．实验仪器DH1211型3厘米信号源1台、可变衰减器、频率调节器、电流指示器、喇叭天线、金属导体板1块、支座一台;3．基本原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射;当电磁波入射到良好导体近似认为理想导体平板上时将发生全反射;电磁波入射到良好导体近似认为理想导体平板时,分为垂直入射和以一定角度入射称为斜入射;如图4-1所示;入射线与分界面法线的夹角为入射角,反射线与分界面法线的夹角为反射角;垂直入射斜入射入射角0°、反射角0°入射角45°、反射角45°图4-1用一块金属板作为障碍物,测量当电波以某一入射角投射到此金属板上的反射角,验证电磁波的反射规律：1电磁波入射到良好导体近似认为理想导体平板上时将发生全反射; 2入射角等于反射角;4．实验内容及步骤1熟悉仪器的特性和使用方法 2连接仪器,调整系统3测量入射角和反射角反射全属板放到支座上时,应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致;而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应900刻度的一对刻线一致;这时小平台上的00刻度就与金属板的法线方向一致;转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这一角度的读数就是入射角,然后转动活动臂在表头上找到一个最大指示,此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角;支座 喇叭天线金属导体铝板频率调节器DH1121B 3厘米信号源可变衰减器电流指示器检波器活动臂。

sin m0 cos F Fx sin Fy cos m0 x y sin r sin r 2 cos ) sin m0 ( r cos 2r cos r cos r 2 sin ) cos m0 ( rsin 2r sin 2 r sin 2 r 2 cos sin ) m0 ( r cos sin 2r cos2 r cos2 r 2 sin cos ) m0 ( rsin cos 2r (cos2 sin 2 ) r (cos2 sin 2 ) m0 [2r r ) m0 (2r m0 d 2 ) (r r dt
电子光学第二章(Kang) P.17
牛顿运动方程

直角坐标系、圆柱坐标系以及一般正交坐标系运 动方程
将x和y的微分形式用r和 ψ 的微分形式代入，上述方程可以得到圆柱 坐标方程下的牛顿方程：
2) Fr m0 ( r r
r ) F m0 (2r m0 d 2 ) (r r dt
sin cos r sin cos r 2 cos2 ) Fr m0 ( r cos2 2r cos sin r cos sin r 2 sin 2 ) m0 ( rsin 2 2r 2 (sin 2 cos2 )] m0 [ r(sin 2 cos2 ) r 2) m0 ( r r
拉格朗日方程

直角坐标系下推演拉格朗日方程
拉格朗日函数
静电场是位场，因此将位能和动能函数带入到拉格朗日函数后，得到静电 场中的拉各朗日函数 2 0
m L eU 2

【摘要】电子自旋的概念首先由Pauli于1924年提出，1925年S.A.Goudsmit与G.Uhlenbeek利用这个概念解释某些光谱的精细结构。

近代观测核自旋共振技术，随后用它去观察电子自旋。

本实验目的是观察电子自选共振现象，测量DPPH中电子的g因数。

【原理】（一）电子的轨道磁矩与自旋磁矩由原子物理可知，对于原子中电子的轨道运动，与它相应的轨道磁矩μl为μl = —ep l/2m e式中p l为电子轨道运动的角动量，e为电子电荷，m e为电子质量，其轨道磁矩方向与轨道角动量的方向相反，数值大小分别为p l = (l(l+1))^0.5*h μl = (l(l+1))^0.5*eh/2m e原子中电子除轨道运动外还存在自旋运动。

根据狄拉克提出的电子的相对论性波动方程，电子自旋运动的量子数为S = 1/2，自选运动角动量p s与自旋磁矩μsμs = —ep s/m e其数值大小分别为p s = (s(s+1))^0.5*h μs = (s(s+1))^0.5*eh/m e比较上式可知，自旋运动电子磁矩与角动量之间的比值是轨道运动磁矩与角动量之间比值的二倍。

原子中电子的轨道磁矩与自旋磁矩合成原子的总磁矩。

对于单电子原子总磁矩μj与角动量p j之间有μj = -gep j/2m e g = 1 + (j(j+1)-l(l+1)+s(s+1))/2j(j+1)g称为朗德g因数。

对于单纯轨道运动g = 1，对于单纯自旋运动g = 2。

引入回磁比γ，μj = -γp jγ = -ge/2m e在外磁场中，μj和p j的空间去向是量子化的。

p j在外磁场方向上的投影为p z = mh m = j，j-1，……，-j相应的磁矩μj在外磁场方向上的投影为μz = γmh = mgμBμB称为波尔磁子，电子的磁矩通常都用玻尔磁子μB作单位来量度。

μB = 9.274009*10^-24 J/T h = 6.626068*10^-34 J·S（二）电子顺磁共振既然总磁矩uj的空间取向是量子化的，磁矩与外磁场B的相互作用也是不连续的，其能量为E=-u j*B=mgu B B不同量子数m所对应的状态上的电子具有不同的能量。

粒子在电磁场中的运动规律粒子在电磁场中的运动规律一直是物理学研究的重要课题之一。

在经典物理学中，根据洛伦兹力定律，粒子在电磁场中受到的力等于电荷乘以电场强度加上粒子速度与磁感应强度的叉乘结果。

这个力的作用使粒子的运动变得复杂而有趣。

在本文中，我们将讨论粒子在电磁场中的运动规律，并探讨其应用以及与量子力学的关系。

1. 粒子在恒定电场中的运动规律当粒子处于恒定电场中时，其受到的力为电荷乘以电场强度，即F= qE，其中F为力，q为粒子电荷，E为电场强度。

根据牛顿第二定律，我们可以得到粒子在电场中的加速度a = F/m，其中m为粒子的质量。

由此可知，粒子在恒定电场中的加速度与电荷和质量有关系。

2. 粒子在恒定磁场中的运动规律当粒子处于恒定磁场中时，其受到的力为电荷乘以粒子速度与磁感应强度的叉乘结果，即F = qv × B，其中F为力，q为粒子电荷，v为粒子速度，B为磁感应强度。

由此可知，粒子在恒定磁场中的受力方向垂直于速度和磁感应强度之间的平面，并且大小正比于电荷、速度和磁感应强度之间的夹角的正弦值。

3. 粒子在电磁场中的运动规律当粒子同时处于电场和磁场中时，其受到的力为洛伦兹力，即F = qE + qv × B。

这个力的作用使粒子的运动变得复杂且有趣。

在一些特定情况下，粒子可以经历周期性或者非周期性的运动，如圆周运动、螺旋线运动等。

这些运动规律在电子学、粒子加速器和磁共振成像等领域有着重要的应用。

4. 量子力学中的粒子运动规律经典物理学的运动规律在粒子尺度下不再适用，量子力学提供了更准确的描述。

根据量子力学，粒子的运动状态由波函数表示，而粒子的位置和动量是由算符来描述的。

在电磁场中，粒子的波函数服从薛定谔方程，但受到电磁场的影响，波函数会发生演化。

这导致了一些新的量子效应，如隧道效应、量子霍尔效应等。

因此，粒子在电磁场中的运动规律在量子力学领域有着更加深入的研究和理解。

总结：粒子在电磁场中的运动规律是物理学研究的重要课题。

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx学号xxxxxxxxxx班级电气xxxx班任课老师xxxx实验日期2010-10电磁场理论 实验一——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布一．实验目的：1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算,并绘出相应的图形;二．实验原理：根据库伦定律:在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力,它们之间的力F 满足：R R Q Q k F ˆ212= （式1)由电场强度E 的定义可知：R R kQ E ˆ2= (式2）对于点电荷,根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为R kQU = (式3)而 U E -∇= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况.三．实验内容:1. 单个点电荷点电荷的平面电力线和等势线真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量， q 为电量， r 为点电荷到场点P （x ，y ）的距离。

电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。

以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取常数时， 此式就是等势面方程。

等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。

◆ 平面电力线的画法在平面上, 电力线是等角分布的射线簇， 用MATLAB 画射线簇很简单。

取射线的半径为( 都取国际制单位） r0=0.12, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度） th=linspace(0,2*pi,13）。

射线簇的终点的直角坐标为: ［x,y]=pol2cart(th,r0）.插入x 的起始坐标x=[x ； 0.1＊x]。

电磁学演示实验报告实验目的：本实验旨在通过电磁学演示实验，让学生了解电学和磁学的基本概念、基本理论和基本公式，以及掌握一定的实验技能，培养探究和实践的能力。

实验原理：电磁学是电学和磁学的统称，它的任务是研究带电粒子和电磁场相互作用的规律。

电磁场和静电场一样，是由电荷引起的。

当电荷在运动时，会产生磁场，属于电荷和速度的相互作用。

根据安培力定律，电流元在磁场中受到的力是与电流元、磁场及其夹角有关的，这是电磁学的贡献。

由于电磁学包括电学和磁学的研究，因此实验会涉及电磁学的基本原理和实验技能。

实验器材：实验中需要用到的器材有：电磁铁、电磁泵、电磁振荡器、电磁感应线圈等电学和磁学实验器材。

实验过程：1. 电磁铁实验将电磁铁的线圈与电源连接，调整电流大小，观察电磁铁磁性变化，探究电流与磁场之间的关系。

2. 电磁泵实验将电磁泵的线圈与电源连接，观察油的流动情况，探究电磁力对物质的作用。

3. 电磁振荡器实验将电磁振荡器的线圈与电源连接，调整频率和幅度，观察振荡器的振动情况，探究电磁力对物质的作用。

4. 电磁感应线圈实验将电磁感应线圈与电源和示波器连接，将磁铁放在感应线圈的近旁，观察示波器的显示情况，探究磁场对电生效应的作用。

实验结果：通过实验观察和分析，得出以下结论：1. 电流与磁场之间有着密不可分的联系，电流可以产生磁场。

2. 电磁力是一种基本的自然力，对物质具有作用。

3. 电磁场可以通过电磁感应相互转换。

实验总结：本实验通过电磁学演示实验，让学生深入了解电学和磁学的基本概念、基本理论和基本公式，掌握了一定的实验技能，同时也培养了探究和实践的能力。

通过实验观察和分析，学生们逐渐理解电磁学的原理和应用，为将来的学习和研究打下坚实的基础。

电磁场中的粒子运动与相互作用在自然界中，电磁场是广泛存在的一种现象。

在电磁场中，电子、质子和其他粒子的运动和相互作用受到电磁力的驱动和调控。

本文将探讨电磁场中的粒子运动和相互作用的一些基本原理和特点。

首先，让我们来看一下粒子在电磁场中的基本运动规律。

根据洛伦兹力的原理，当粒子带电荷并且处于电磁场中时，会受到电磁力的作用。

电磁力的大小和方向取决于粒子的电荷量、电磁场的强度和方向。

粒子受到的电磁力会改变其运动状态，使其加速或减速，甚至改变运动方向。

举个例子来说明。

假设有一个带正电荷的粒子，在存在磁场的情况下，其运动方向就会受到磁力的作用而改变。

磁力的大小与粒子的电荷量、速度和磁场的强度有关。

如果粒子的速度与磁场的方向垂直，那么粒子将受到一个垂直于其运动方向和磁场的力，从而沿着磁场曲线运动。

这被称为洛伦兹力定律，是电磁场中粒子运动的基本规律之一。

另一个重要的概念是磁场中的粒子可以具有一种称为“洛伦兹收缩”的现象。

洛伦兹收缩是指当粒子的运动速度接近光速时，其长度在运动方向上会发生压缩。

这是由于相对论效应造成的，称为洛伦兹收缩定律。

换句话说，当粒子的速度接近光速时，它在运动方向上的长度会缩短。

电磁场中的粒子还可以通过相互作用来产生其他的效应。

一个经典的例子是磁场中的电流。

根据法拉第电磁感应定律，当一个导体通过磁场移动时，会在导体两端产生电压。

这被称为感应电势。

这个现象被广泛应用在发电机和变压器等电力设备中。

粒子的运动和相互作用不仅受到电磁力的驱动，还受到其自身的电荷量和质量等性质的影响。

根据库仑定律，带相同电荷的粒子会相互排斥，而带相反电荷的粒子会相互吸引。

这导致了电荷分布在空间中的不均匀性，从而产生了电场。

电场中其他带电粒子会受到这个电场的作用力，从而产生相互作用。

此外，粒子的质量也对其运动和相互作用产生重要的影响。

根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。

因此，在电磁场中，粒子的质量越大，其对电磁力的响应越小，即加速度越小。

物理学电磁场的运动规律电磁场是物理学中重要的研究对象之一，它包含了电场和磁场两个组成部分。

在电磁场中，电荷和电流的运动会产生电场和磁场的变化，而这些变化又会影响到电荷和电流的运动。

因此，了解电磁场的运动规律对于理解电磁现象和应用电磁学原理具有重要意义。

1. 静电场中的运动规律在静电场中，电荷的分布不随时间变化，因此产生的电场也是静态的。

根据库仑定律，电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的大小成正比。

在静电场中，电荷受到的作用力等于电场强度乘以电荷的大小。

2. 静磁场中的运动规律在静磁场中，电流的分布不随时间变化，因此产生的磁场也是静态的。

根据安培定律，电流元产生的磁场与电流元之间的距离成正比，与电流大小成正比，与电流元的方向垂直。

在静磁场中，电流受到的作用力等于磁场的磁感应强度与电流元长度的乘积。

3. 动电场中的运动规律在动电场中，电荷的分布随时间变化，因此产生的电场也是随着时间变化的。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场的变化穿过一个电路线圈时，会在电路中产生感应电动势，从而驱动电荷的运动。

该电动势的大小与磁场变化率成正比，与线圈的匝数和面积有关。

4. 动磁场中的运动规律在动磁场中，电流的分布随时间变化，因此产生的磁场也是随着时间变化的。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场的变化穿过一个电路线圈时，会在电路中产生感应电动势，从而驱动电流的变化。

该电动势的大小与磁场变化率成正比，与线圈的匝数和面积有关。

总结：电磁场的运动规律涉及静电场、静磁场、动电场和动磁场四个方面。

在静态情况下，电荷和电流的分布不随时间变化，电场和磁场也是静态的。

而在动态情况下，电场和磁场的变化会引起电荷和电流的运动，并产生相应的感应电动势。

通过研究电磁场的运动规律，我们可以更好地理解电磁现象并应用于实际生活中的各种电磁设备和技术中。

以上就是物理学电磁场的运动规律，希望对您有所帮助。

内蒙古工业大学信息工程学院实验报告课程名称：电磁场与电磁波实验名称：反射实验和极化波的产生与检测实验类型：验证性■综合性□设计性□实验室名称：电磁场与电磁波实验室班级：电子10-1班学号：2姓名：苏宝组别：同组人：成绩：实验日期： 2013年5月21电磁场与电磁波实验实验一：反射实验实验目的熟悉DH926AD 型数据采集仪、DH926B 型微波分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法实验设备与仪器DH926AD 型数据采集仪DH926B 型微波分光仪DH1121B 型三厘米固态信号源金属板实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。

如图所示， 平行极化的均匀平面波以角度 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为平行极化波的斜入射示意图 E + E t⊙⊙ ⊙E -θ ''θ ' θ z xH + H- H t实验内容与步骤系统构建时，如图1，开启DH1121B型三厘米固态信号源。

DH926B 型微波分光仪的两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的0-180刻度处。

将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。

反射全属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。

将DH926AD型数据采集仪提供的USB电缆线的两端根据具体尺寸分别连接图1 反射实验到数据采集仪的USB口和计算机的USB口，此时，DH926AD型数据采集仪的USB指示灯亮（蓝色），表示已连接好。

，dm
Uq
m Eq a ==通过电场区的时间：0
v L
t =
粒子通过电场区的侧移距离：2
2
2mdv UqL y =图1
粒子通过电场区偏转角：2
mdv UqL
tg =
θ带电粒子从极板的中线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点。所以侧移距离也可表示为：θtg L
y 2
=
。4、粒子在交变电场中的往复运动
π三、带电粒子在复合场中运动的分析
带电粒子在复合场中运动，实际上仍是一个力学问题，解决此类问题的关键是对带电粒子进行正确受力分析和运动情况分析。
1、受力分析：带电粒子在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变是由其受到的合力决定。对运动粒子进行受力分析时必须先场力（包括重力、电场力、磁场力）、后弹力、再摩擦力等。另外要注意重力、电场力与粒子运动速度无关，由粒子的质量决定重力大小，由电场强决定电场力大小；但洛仑兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关。
Uq
a =
粒子通过偏转电场的时间2t为：Uq
m
L
v L t 202==粒子在偏转电场中的侧移距离y为：4
2122L
at y ==
侧向速度y v为：m
Uq at v y 22=
=则粒子射出偏转电场时的速度v为：m
Uq
v v v y 25220=
+=
以速度v进入磁场做匀速度圆周运动的洛仑兹力为向心力，设运动半径为R：
二、带电粒子在匀强磁场的受力分析和运动分析
带电粒子在匀强磁场中运动时，若00=v，有0=洛f，则粒子为静止状态；若B v //，有0=洛f，则粒子做匀速直线运动；若B v ⊥，有Bqv f =洛,则粒子做匀速圆周运动，其

北理工电磁场实验报告北理工第四次实验报告、实验四实验报告实验名称：一条指令的执行过程学号姓名班级：实验时间：年月日实验报告表4-1 一条指令执行过程记录表12篇二：电磁场实验报告CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名刘畅学号0917110121 班级电气试验1101班任课老师李志勇实验日期2013年11月10日一、实验目的：1、熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况；2、学会使用Matlab进行数值计算，并绘出相应的图形；二、实验原理：根据库伦定律：在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力，它们之间的力F满足：F?kQ1Q2?R2R(式1)由电场强度E的定义可知：E?kQ?RR2 (式2)对于点电荷，根据场论基础中的定义，有势场E的势函数为U?kQR(式3)而EU(式4) 在Matlab中，由以上公式算出各点的电势U，电场强度E后，可以用Matlab自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况。

三、实验内容：1．根据库伦定律，利用Matlab强大的绘图功能画出单个点电荷的电场分布情况，包括电力线和等势面。

实验代码：r0=0.12; %取射线半径th=linspace(0,2*pi,13); %电力线的角度[x,y]=pol2cart(th,r0); %将极坐标转化为直角坐标x=[x;0.1*x]; %插入X的起始坐标y=[y;0.1*y]; %插入Y的起始坐标plot(x,y,'b') %用蓝色画出所有电力线grid on %加网格Hold on %保持图像plot(0,0,'o','MarkerSize',12) %画电荷xlabel('x','fontsize',16) %用16号字体标出X 轴ylabel('y','fontsize',16) %用16号字体标出Y轴k=9e9; %设定K值q=1e-9; %设定电荷电量r1=0.1; %设定最大等势线的半径u0=k*q/r1; %算出最小的电势u=linspace(1,3,7)*u0; %求出各条等势线的电势大小x=linspace(-r0,r0,100); %将X坐标分成100等份[X,Y]=meshgrid(x); %在直角坐标中形成网格坐标r=sqrt(X.+Y.); %各个网格点到电荷点的距离U=k*q./r; %各点的电势contour(X,Y,U,u); 画出点电荷的点失眠title('单个正点电荷的电场线与等电势','fontsize',20); %显示标题截图：2．根据库伦定律,利用Matlab强大的绘图功能画出一对点电荷的电场分布情况,包括电力线的分布和等势面。

带电粒子在电磁场中的运动［知识精讲］带电粒子在电磁场中运动的问题包括两种基本情形：一种是先后分别在电场、磁场中运动，另一种是在电场和磁场的复合场中运动.对于第一种情形要注意电场力和洛伦兹力的特性所决泄的粒子运动性质的差别，带电粒子在匀强电场中受电场力的作用做匀变速运动，而在匀强磁场中受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动，这种情形通常是利用电场来对带电粒子加速后获得一眾的速度，然后在磁场中做匀速圆周运动，因此对于这种情况主要是处理好带电粒子从一场过渡到另一场的速度关系.对于第二种情形，要注意洛伦兹力与运动速度有关，所以粒子的运动和受力相互制约，当粒子的运动速度发生变化时，粒子的受力情况必然发生变化，因此带电粒子要么做匀速直线运动，要么就做变加速曲线运动，当粒子做变加速曲线运动时，要利用洛伦兹力不做功的特点，用功能关系解决问题.［问题稱析］［问题1］如图所示，金属圆筒的横截面半径为斤，简内分布有匀强磁场，磁场方向垂直纸面，磁感应强度为万，磁场下面有一加速电场，一个质量为m（重力不计），电量为q的带电粒子，在电场作用下，沿图示轨迹由静止开始从"点运动经过金属圆筒的小孔尸到" 点，在磁场中，带电粒子的速度方向偏转了〃二60°，求加速电场两极板间的电压.解析：带电粒子经过电场加速后获得一左的速度，进入磁场后做匀速圆周运动，根据带电粒子的偏转角度，可以求出带电粒子做圆周运动的半径大小，然后求出它的运动速度, 从而求出加速电压.根据带电粒子进入磁场和到达艸点的速度方向，作岀与速度方向垂直的半径，确泄轨迹圆的圆心，由几何知识可得带电粒子做圆周运动的半径为2^/?tan60°二爲 R带电粒子在做圆周运动过程中，由洛伦兹力提供向心力，所以m\fl…--- 二 qvB2・带电粒子经电场加速后，电势能转化为带电粒子的动能，所以2由①②③式可得* 3届22m［问题2］如图所示，x轴上方有一磁感应强度为5方向垂直于纸而向里的匀强磁场, x轴下方有电场强度为正方向竖直向下的匀强电场.现有一质量为m,电量为q的粒子从y 轴上某一点由静止开始释放，若重力忽略不讣，为使它能到达x轴上位置为的点Q求:y■ X XSx X XX X X KQKrrm（1）粒子应带何种电荷？（2）释放点的位置坐标.（3）从释放到抵达J点经历的时间.解析：从静止开始释放的带电粒子要起动，应放在电场中，所以该带电粒子应放在一y 轴上，因为x轴下方的电场方向是竖直向下的，而带电粒子在x轴方向有位移，带电粒子要运动到磁场中，所以该带电粒子应带负电荷.该粒子释放后，在电场力的作用下，沿卩轴正方向匀加速运动到0点，继而进入X轴上方的匀强磁场中做匀速圆周运动，若苴轨道半径恰好等于彳，则恰好能到达0点，从岀发点到0点的轨迹是一条直线加上半个圆周，假如释放点离0点的距离近一些，粒子进入磁场的速度就小一点，粒子运动半周后到不了0点而要再次进入电场，做减速运动，速度减为零后反向加速再次以原速率进入磁场，开始做第二个半圆周运动，如果粒子在磁场中的轨道半径为士，则第二个半圆运动结束时，刚好到达0点，以此类推，粒子岀发点向0逐4渐靠近，又要能到达。