帶電粒子在磁場中的運(yùn)動-煙臺大學(xué)光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

1、6. 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動帶電粒子在磁場中的運(yùn)動第二章第二章 恒磁場恒磁場洛侖茲力洛侖茲力實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明:運(yùn)動帶電粒子在磁場中受的力運(yùn)動帶電粒子在磁場中受的力 f洛侖茲力對粒子不作功洛侖茲力對粒子不作功(改變運(yùn)動方向改變運(yùn)動方向,不改變速率不改變速率 動能動能)fqvB0f v(a)(b)電子束受洛侖茲力而偏轉(zhuǎn)電子束受洛侖茲力而偏轉(zhuǎn)安培力的微觀解釋安培力的微觀解釋分子熱運(yùn)動分子熱運(yùn)動對于安培力宏觀上無貢獻(xiàn)對于安培力宏觀上無貢獻(xiàn)dddddddd( d)()dlSFI lBqenS llIenSenSutttnflBfeuBfenSBuqv 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動帶電粒子在磁場中的運(yùn)動200F

2、qBmR0R0RmqB022RmTqB0mRqBm0q帶電粒子電量帶電粒子電量 ，質(zhì)量，質(zhì)量 ，初速度，初速度 ，B磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度0/,0 ,BF1. 勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動 0,BF2. 勻速圓周運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動 常量常量 /0cos,勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動 0sin,勻速圓周運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動螺旋運(yùn)動螺旋運(yùn)動 電子在磁場中作螺旋運(yùn)動電子在磁場中作螺旋運(yùn)動B與與 無關(guān)無關(guān)03. 與與 夾角夾角 B0 回旋加速器回旋加速器 回旋加速器回旋加速器TqBmT2MqBRm1. 結(jié)構(gòu)：逐步參見圖結(jié)構(gòu)：逐步參見圖 一對一對D型盒（電極），半徑型盒（電極），半徑R； 交變電場（電源），周期交變電場

3、（電源），周期T ; 磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 。2. 原理：原理：D型盒電極間加速電場周期型盒電極間加速電場周期=回旋共振周期回旋共振周期粒子通過電極間隙時(shí)總被加速，最終速率粒子通過電極間隙時(shí)總被加速，最終速率受相對論效應(yīng)約束，當(dāng)受相對論效應(yīng)約束，當(dāng) 不是常量時(shí)，其基本原理不再滿足。不是常量時(shí)，其基本原理不再滿足。mq02R磁聚焦磁聚焦1) 電子槍、電子透鏡電子槍、電子透鏡2) 電子的飛行速率電子的飛行速率/周期周期eBmT2螺距螺距2mtTeB屏距屏距21, 2,nmLntneB/e 電子槍示意圖電子槍示意圖（下圖，（下圖，n=2）q電聚焦電聚焦與磁聚焦與磁聚焦1) 改變電場改變

4、電場E，即改變，即改變 電子束的磁聚焦電子束的磁聚焦BtL2) 改變磁場改變磁場B，即改變，即改變T均改變均改變 t，L磁聚焦磁聚焦,.2cossinvmvRqBmTqBvvvvvv粒子流速率 差不多很小磁約束磁約束約約 束束 力力BFBFBI正離子被磁約束示意圖正離子被磁約束示意圖荷質(zhì)比的測定荷質(zhì)比的測定1. W.Thomson 測荷質(zhì)比的方法測荷質(zhì)比的方法eEe B當(dāng)當(dāng)E 和和B 的值適當(dāng)時(shí)，可使電子束不偏轉(zhuǎn)，即的值適當(dāng)時(shí)，可使電子束不偏轉(zhuǎn)，即由式由式、得荷質(zhì)比得荷質(zhì)比2eEmRBRBEB， 或或切斷電場，電子在磁場中作圓周運(yùn)動，圓周半徑切斷電場，電子在磁場中作圓周運(yùn)動，圓周半徑mReB

5、eF+-kAASooLfB湯姆孫測荷質(zhì)比湯姆孫測荷質(zhì)比-e-e 電子運(yùn)動出磁場后依慣性前進(jìn)。由屏電子運(yùn)動出磁場后依慣性前進(jìn)。由屏S上光點(diǎn)偏移量上光點(diǎn)偏移量oo和儀器和儀器參數(shù)可測算出參數(shù)可測算出R的值。其參數(shù)包括結(jié)構(gòu)尺寸，電、磁場分布等。的值。其參數(shù)包括結(jié)構(gòu)尺寸，電、磁場分布等。v 荷質(zhì)比與速度有關(guān)，這符合狹義相對論觀點(diǎn)荷質(zhì)比與速度有關(guān)，這符合狹義相對論觀點(diǎn)212me U 2. 磁聚焦法測荷質(zhì)比磁聚焦法測荷質(zhì)比如圖，如圖，Ak間加電壓間加電壓U，電子的動能，電子的動能， 即即2e Um在電容在電容C上加一小交變電場，使不同時(shí)刻通過的電子偏轉(zhuǎn)不同。上加一小交變電場，使不同時(shí)刻通過的電子偏轉(zhuǎn)不同。

6、在在C與與S之間加聚焦磁場之間加聚焦磁場B，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)B，使電子束聚焦于屏，使電子束聚焦于屏S平面上，則平面上，則2mleB（n = 1，如何確定？）如何確定？）由式由式、得荷質(zhì)比得荷質(zhì)比2228BlUmelBkACSo磁聚焦法測荷質(zhì)比磁聚焦法測荷質(zhì)比-eU霍耳現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)規(guī)律霍耳現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)規(guī)律試驗(yàn)規(guī)律：試驗(yàn)規(guī)律：dIBRUHH式中式中RH霍耳系數(shù)，霍耳系數(shù)，_ _ _ _ _ _VIbd + + + + + +B+_霍耳效應(yīng)實(shí)驗(yàn)霍耳效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與元件的形狀大小無關(guān)，與元件的形狀大小無關(guān)，Bf(a) 正載流子正載流子UH 0Bf(b) 負(fù)載流子負(fù)載流子UH 0，反映經(jīng)典理論的局限性。，反映經(jīng)典理論的局限性。實(shí)測二價(jià)金屬實(shí)測二價(jià)金屬 鈹鈹Be、鋅、鋅Zn、鎘、鎘Cd，RH依次為依次為 24.4, 3.3, 6.0霍爾效應(yīng)的應(yīng)霍爾效應(yīng)的應(yīng)用用1. 判別載流子性質(zhì)，判別載流子性質(zhì)，n 型，型，p 型；型；2. 測量載流子濃度測量載流子濃度 n ；3. 磁量磁場：高斯計(jì)。磁量磁場：高斯計(jì)?！咀ⅰ浚骸咀ⅰ浚篒BRU