带电粒子在磁场中所受作用及运动
- 格式：pdf
- 大小：1.51 MB
- 文档页数：30
同学们好！粒子束 输出区 D型盒 振荡器缝隙D型盒§11-5一.洛仑兹力带电粒子在电磁场中运动r r r r 广义洛仑兹力: F = q E + q v × B电场力 磁场力（洛仑兹力）磁场对运动电荷的作用即洛仑兹力r r r F = qv × Br r 方向：垂直于( v , B)平面大小：F = qvB sin θ+q: −q:r Fθr r - (v × B )r vr r v×B方向 方向r Fr vθ+q⊗r B−q⋅r Br r 特点：不改变 v 大小，只改变 v 方向。
不对 q 做功。
二. 带电粒子在电磁场中的运动 r r r r r r v0 r E r ⊥ v0 与 E 夹 θ 角 v0 // E F = qE 匀 r 强 v0 r 电 匀变速 类 v0 类 θ 场 直线运动 平 斜 r r 抛 抛 F F r r r r r r v0 ⊥ B v0 // B v0 与 B 夹 θ 角 r 匀 F = qv 0 B sin θ F = qv 0 B F = 0 强 等螺距螺旋线运动 匀速率圆周运动 磁 匀速 场 R = mv0 qB R = mv⊥ qB = mv0 sinθ qB 直线 2π m v 0 cos θ 运动 T = 2π m qB h = Tv // =qBr 1. 设有一均匀磁场，磁感应强度为 B，一电荷量 r 为q、质量为m的粒子，以初速 v0 进入磁场中运动。
r r （1）如果 v0 与 B 相互平行F =0粒子作匀速直线运动。
r v0r Br r （2）如果 v0 与 B 垂直F = qv0 B粒子作匀速圆周运动。
F = qv0 Br v2 0v qv0 B = m R轨道半 径mv0 R= qBr F r r +q B F r vr Fr Br Br vr B2πR m = 2π T= v0 qB周期r r （3）如果 v0 与 B 斜交成θ角r r v0 x = v0 cosθ r r v0 n = v0 sinθmv0 n R= qBr v0 nr v0r Bq+r θ v0xRh粒子作螺旋运动。
2πm h = v0 xT = v0 x qB2πm T= qB2. 带电粒子在非均匀磁场中运动会聚磁场中作螺旋运动的带正电的粒子掉向返转h = Tv // =2π mv qBB↑, h↓, h→0反射— 磁镜应用： （1）磁约束装置范•艾仑(Van Allen)辐射带地磁场俘获宇宙射线中带电 粒子形成内、外两层范艾伦 辐射带北极光准稳态环形磁约束热核聚变实验装置 －－－中国环流器1号（四川乐山585所）（2）磁聚焦 洛仑兹力v v v 与 B 不垂直 v v v v = v // + v⊥v // = vcosθv v v Fm = q v × B（洛仑兹力不做功）v⊥ = vsinθmv⊥ 2π m R= T= qB qB2π m 螺距 d = v // T = vcosθ qB磁聚焦 在均匀磁场中某点 A v 发射一束初速相 v 差不大的带电粒子, 它们的 v0 与 B 之间的夹角 θ 不尽相同 , 但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋 线运动, 因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点, 此 现象称之为磁聚焦 .应用电子光学 , 电子显微镜等 .（3）质谱仪速度选择器 照相底片................. ................ ............. .........质谱仪的示意图p1 . . . p2 - ... + ... s3s1 s2 ...v qvB ′ = m R qB′R m= v270 72 73 74 76锗的质谱（4）回旋加速器用于产生高能粒子的装置，其结构为金属双 D 形盒，在其上加有磁场和交变的电场。
将一粒子置 于双 D形盒的缝隙处，在电场的作用下，能量不断 增大，成为高能粒子后引出轰击靶.D2N N OD1~r× B×~B××S 回旋加速器原理图历史之旅劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家，因为发明 和发展了回旋加速器，以及用它得到人工放射性元 素获得1939年诺贝尔物理奖。
右图是真空室直径为10.2cm的第一台回旋加速器。
目前世界上最大的回旋加速器在美国费 米加速实验室，环形管道的半径为2公里。
产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。
世界第二大回旋加速器在欧洲加速中心，加 速器分布在法国和瑞士两国的边界，加速器在 瑞士，储能环在法国。
产生的高能粒子能量为 280亿电子伏特。
欧洲核子研究中心(CERN)座落在日内瓦郊外的加速器：大环是直径8.6km的强子对撞机，中环是质子同步加速器。
我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素.三. 霍耳效应霍耳霍耳效应在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。
该电势差称为霍耳电势差。
−−−−−−−−−+++++++++−−−−−−−−−Udb 1V 2V mF r v r eF r H E r Br I+++++++++Udb1V 2V m F r v r eF r HE rBr I−−−−−−−−−+++++++++实验指出，在磁场不太强时，霍耳电势差U 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的宽d 成反比。
R H 称为霍耳系数，仅与材料有关。
dBI R V V U H=−=12−−−−−−−−−+++++++++−−−−−−−−−Udb 1V 2V mF r v r eF r H E r Br I+++++++++Udb1V 2V m F r v r eF r HE rBr I−−−−−−−−−+++++++++导体中运动的载流子在磁场中受到洛仑兹力发生偏转，正负载流子受到的洛仑兹力刚好相反，在板的上下底面积累了正负电荷，建立了电场E H ，形成电势差。
导体中载流子的平均定向速率为v ，则受到洛仑兹力为qvB ，上下两板形成电势差后，载流子还受到一个与洛仑兹力方向相反的电场力qE H ，二力平衡时有：bU q qE qvB H H /∆==++++----E H ×BIqnbdvI =qvbdIv =或dBInq vBb U 1==nqR H 1=则霍耳系数设载流子浓度为n ，则电流强度与载流子定向速率的关系为：++++----E H ×BII++ + +---P 型半导体+-HU B v mF v d vv 霍耳效应的应用2）测量磁场dIBR U HH =霍耳电压1）判断半导体的类型mF v + + +---N 型半导体HU -B v I+-d v v量子霍尔效应简介金属—氧化物—半导体场效应晶体管中霍尔电阻不随稳定增大，而是出现一系列平台. 1980年T18 , K 51==B .T HR BodkB I U R H =∆=霍尔电阻：B 霍尔电阻率：)3 2 1(2L L ,,,i iehH =−=ρ1985年，德国的冯.克里芩（1943－）因此获诺贝尔物理奖T20 , K 50==B .T LL 72 54 32 71 5131,,,,,i =1987年分母为偶数的量子霍尔效应25=i 用量子理论才能加以解释.1982年美国贝尔实验室发现分数量子霍尔效应.1998年劳克林、施特默、崔琦因发现分数量子霍尔效应和一种具有分数电荷激发状态的新型量子流体获诺贝尔物理奖劳克林（美.1950—）施特默（德.1949—）崔琦（华裔美国人1939—）。
