電磁場(chǎng)與電磁波帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、一、洛倫茲力公式一、洛倫茲力公式BvmfmsinfqvBmfqvB 7.6 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1) (1) 洛倫茲力對(duì)電荷所做的功洛倫茲力對(duì)電荷所做的功(2) 在一般情況下，空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在在一般情況下，空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在emFffBqEqv大小大小方向方向mfv+ +qmmdddAfrfv t0說(shuō)明說(shuō)明二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1. 1. BvfqRmBq2vvqBmRvqBmRT22v粒子回轉(zhuǎn)周期粒子回轉(zhuǎn)周期v回轉(zhuǎn)周期與速度無(wú)關(guān)回轉(zhuǎn)周期與速度無(wú)關(guān)正負(fù)正負(fù)電子電子在氣在氣泡室泡室中的中的軌跡軌跡2. 一般情況一般情況 B/vvhcos/v

2、vsinvv帶電粒子作帶電粒子作螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋運(yùn)動(dòng)vqBmR/vvqBmTh2/磁聚焦原理磁聚焦原理 B粒子粒子源源A/v( (發(fā)散角不太大的帶電粒子束發(fā)散角不太大的帶電粒子束) )匯聚匯聚于于 A發(fā)散角不太大的帶電粒子束，它們的發(fā)散角不太大的帶電粒子束，它們的螺距相同螺距相同，所以，所以經(jīng)一個(gè)經(jīng)一個(gè)回旋周期后，重新會(huì)聚回旋周期后，重新會(huì)聚v螺距螺距 vv螺距螺距 hT與速度無(wú)關(guān)與速度無(wú)關(guān)vvcos半徑半徑半徑半徑qBmqBmRvvsin與與 成正比成正比減少粒子縱向速度，減少粒子縱向速度，進(jìn)而使其進(jìn)而使其“反射反射” ” 。在非均勻磁場(chǎng)中，螺旋運(yùn)動(dòng)的在非均勻磁場(chǎng)中，螺旋運(yùn)動(dòng)的半徑半徑和和螺距螺

3、距都會(huì)變化都會(huì)變化qBmRv向強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)半徑不斷減少向強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)半徑不斷減少 1.1.橫向磁約束橫向磁約束約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近 2. 縱向磁約束縱向磁約束 粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生“反射反射” /ff f/ff/f磁鏡磁鏡磁鏡效應(yīng)磁鏡效應(yīng)在非均勻磁場(chǎng)在非均勻磁場(chǎng)中，縱向運(yùn)動(dòng)受到抑制中，縱向運(yùn)動(dòng)受到抑制B三、帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)evf3.3.磁鏡效應(yīng)的典型應(yīng)用磁鏡效應(yīng)的典型應(yīng)用受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)研究受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)研究 能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒子的磁場(chǎng)分布稱為磁子的磁場(chǎng)分布稱為磁鏡約束鏡約束 磁

4、瓶磁瓶4.4.地球的磁約束效應(yīng)地球的磁約束效應(yīng) 天然磁瓶天然磁瓶線圈線圈線圈線圈高溫等離子體高溫等離子體- - - - - -+ + + + + +vmFevBeFeE四、四、霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)18791879年年, ,霍爾發(fā)現(xiàn)在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板霍爾發(fā)現(xiàn)在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板面施加一磁場(chǎng)，則在板面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)微弱電勢(shì)差面施加一磁場(chǎng)，則在板面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)微弱電勢(shì)差VIBBEv- - - - - -+ + + + + +BEvBlv)( dnqlv1IBunq d dIBK SnqIvuEl四、霍爾效應(yīng)四、霍爾效應(yīng)Ild電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度)( dnqIlv nqK1霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)(2) 區(qū)分半導(dǎo)體材料區(qū)分半導(dǎo)體材料 霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)B+abbauu ab+bauu 0K0KIIvqn 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體p 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體vq研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有