運動電荷在磁場中受力

5.4磁場對運動電荷的作用,一、運動電荷在磁場中受力-洛倫茲力,由實驗知電量為q電荷在磁場中受到的洛侖茲力：,各量均取SI制中的單位。,考慮方向，可以寫成：,方向:,q0,qfL粒子向左偏轉被左極板吸收。,速度選擇器,B,當粒子速度v較大時，F(xiàn)efL，粒子向右偏轉被右極板吸收。,+,+,+,-,-,-,v,E,速度選擇器,Fe,fL,B,當粒子速度v使電場力等于洛倫茲力時，,粒子豎直向下運動穿過狹縫；通過調整E和B可選擇粒子速度。,B,粒子以速度v垂直進入下方磁場B,在B中作圓周運動的軌道半徑為：,可知：對于同位素粒子m大，R大；m小，R小,質譜線,這樣，不同質量的粒子在膠片屏上留下不同的痕跡質譜線。,根據(jù)質譜線的位置，可推出同位素的質量。,1989年建成的具有世界先進水平的北京正負電子對撞機直線加速器,3、回旋加速器,用于產(chǎn)生高能粒子的裝置，其結構為金屬雙D形盒，在其上加有磁場和交變的電場。將一粒子置于雙D形盒的縫隙處，在電場的作用下，進入左半盒，,播放動畫,由于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場的作用下作圓周運動，進入縫隙后，電場極性變換，粒子被反向加速，,進入右半盒，由于速度增加，軌道半徑也增加。然后又穿過縫隙，電場極性又變換，粒子不斷地被加速。,播放動畫,能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶。,B,出射粒子的速度由,有,動能為：,目前世界上最大的回旋加速器在美國費米加速實驗室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。,世界第二大回旋加速器在歐洲加速中心，加速器分布在法國和瑞士兩國的邊界，加速器在瑞士，儲能環(huán)在法國。產(chǎn)生的高能粒子能量為280億電子伏特。,回旋加速器,國際粒子探測中心的粒子探測器,六、霍爾效應,1.原因:是由于運動電荷在磁場中受洛倫茲力的結果。,載流導體的寬為b，厚為d。通有電流I。,I,載流導體放入磁場B中，在導體上下兩表面產(chǎn)生霍爾電壓的現(xiàn)象。,載流導體中的運動電荷在洛倫茲力的作用下，向上偏轉，在導體的上表面積累了正電荷，,下表面感應出負電荷，在上下兩面間形成電場E，出現(xiàn)霍爾電壓VH。帶電粒子還受到向下的電場力。,其中,由,有,當電場力與洛倫茲力平衡時，VH穩(wěn)定。,其中：,定義：,為霍爾系數(shù)。,則：,2.討論,1.由于導體內有大量的自由電荷，n較大，RH較小，故導體的霍爾效應較弱。,2.而半導體界于導體與絕緣體之間，其內的自由電荷較少，n較小，RH較大，故半導體的霍爾效應顯著。,3.霍爾效應的應用,測量半導體的性質,半導體根據(jù)摻雜不同，有空穴型（p型）半導體，和電子型（n型）半導體。,P型半導體的主要載流子為正電荷；,n型半導體的主要載流子為負電荷；,P型半導體,n型半導體,由VH的正負就可知道半導體的類