§7.6+帶電粒子在磁場中的運動

1、一一. .洛倫茲力公式洛倫茲力公式BvmfsinBqfmvBqfm v9.6 帶電粒子在磁場中的運動帶電粒子在磁場中的運動(1) (1) 洛倫茲力對電荷所作的功洛倫茲力對電荷所作的功討論討論(2) 在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在meffFBqEqv大小大小vmf+ +qtfrfAmmdddv0二二. .帶電粒子在均勻磁場中的運動帶電粒子在均勻磁場中的運動 BvfqRmBq2vvqBmRvqBmRT22v粒子回轉(zhuǎn)周期粒子回轉(zhuǎn)周期情況情況v回轉(zhuǎn)周期與速度無關(guān)回轉(zhuǎn)周期與速度無關(guān)正負正負電子電子在氣在氣泡室泡室中的中的軌跡軌跡 一般情況一般情況 B/vvh

2、cos/vvsinvv帶電粒子作帶電粒子作螺旋運動螺旋運動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)一個回經(jīng)一個回旋周期后，重新會聚旋周期后，重新會聚v螺距螺距 vv螺距螺距 hT與速度無關(guān)與速度無關(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，進而使其進而使其“反射反射” ” 。在非均勻磁場中，螺旋運動的在非均勻磁場中，螺旋運動的半徑半徑

3、和和螺距螺距都會變化都會變化qBmRv向強磁場區(qū)域運動，運動半徑不斷減少向強磁場區(qū)域運動，運動半徑不斷減少 橫向磁約束橫向磁約束約束帶電粒子在一根磁場線附近約束帶電粒子在一根磁場線附近 縱向磁約束縱向磁約束 粒子運動發(fā)生粒子運動發(fā)生“反射反射” /ff f/ff/f磁鏡磁鏡磁鏡效應(yīng)磁鏡效應(yīng)在非均勻磁場在非均勻磁場中，縱向運動受到抑制中，縱向運動受到抑制B三三. .帶電粒子在非均勻磁場中的運動帶電粒子在非均勻磁場中的運動evf 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)岷司圩儗嶒炑芯渴芸責(zé)岷司圩儗嶒炑芯?能約束運動帶電粒能約束運動帶電粒子的磁場分布稱為磁子的磁場分布稱為磁鏡約束鏡約束 磁瓶磁瓶

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 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)岷司圩儗嶒炑芯渴芸責(zé)岷司圩儗嶒炑芯?能約束運動帶電粒能約束運動帶電粒子的磁場分布稱為磁子的磁場分布稱為磁鏡約束鏡約束 磁瓶磁瓶 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- - - - - -+ + + + + +vBeFmveEFe四四. .霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)18791879年年 霍爾發(fā)現(xiàn)在一個通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板霍爾發(fā)現(xiàn)在一個通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板面施加一磁場，則在板面兩側(cè)會出現(xiàn)微弱電勢差面施加

5、一磁場，則在板面兩側(cè)會出現(xiàn)微弱電勢差VIBBEv- - - - - -+ + + + + +BEvBlv)( dnqlvdIBnqu1dIBK SnqIvElu 四四. .霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)Ild電流強度電流強度)( 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)的正負與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)霍爾系數(shù)的正負與載流子電荷性質(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)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化）變化）B討論討論(1) 通過測量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度通過測量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度S+ + +N發(fā)電氣體通道發(fā)電氣體通道等離子氣體等離子氣體(3) 霍爾效應(yīng)原理的應(yīng)用霍爾效應(yīng)