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在现代物理学中,带电粒子经常同时受到电场和磁场的作用,这就是复合场。电场对带电粒子产生恒定的电场力,使粒子做直线加速运动。磁场则对运动的带电粒子产生洛伦兹力,使粒子做圆周运动。当电场和磁场同时存在时,粒子受到的总力是两种力的矢量和,运动轨迹变得复杂多样。
速度选择器是正交复合场的典型应用。当电场和磁场相互垂直时,带电粒子同时受到电场力和磁场力作用。只有当粒子速度等于电场强度与磁感应强度的比值时,两个力才能平衡,粒子做直线运动。速度过小的粒子会向电场方向偏转,速度过大的粒子会向磁场力方向偏转。这个原理被广泛应用于粒子物理实验中。
回旋加速器是利用复合场加速带电粒子的重要装置。粒子在均匀磁场中做圆周运动,回旋频率只与粒子的荷质比和磁感应强度有关,与速度无关。每当粒子通过D形盒之间的缝隙时,交变电场就对其加速,使粒子获得更多能量。随着速度增加,粒子的回旋半径逐渐增大,形成螺旋轨迹,最终从加速器边缘射出。