8.5帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)ppt課件

1、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一一 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力電場(chǎng)力電場(chǎng)力EqFe磁場(chǎng)力洛倫茲力磁場(chǎng)力洛倫茲力BqF vmBqEqFv運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力和磁場(chǎng)中受的力物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)二、二、 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) BBvqf 平

2、行或反平行與Bv) 1 (0 fcv粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)maF dtvdmBvqF那么那么: :物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)垂垂直直與與Bv)2(qvBf 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) RvmqvB2 qBmvR qBmvRT 22 BfvqBvqf 物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)角角成成與與 Bv)3(/vvvB R/vv vB cos/vv sinvv qBmvR qBmv sin qBmvRT 22

3、此時(shí)，帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中此時(shí)，帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中作等螺距的螺旋運(yùn)動(dòng)。作等螺距的螺旋運(yùn)動(dòng)。h物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)/cos2coshv TvTmvqBR/vv vB螺距螺距 h ：h三、帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用舉例三、帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用舉例物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1. 磁聚焦磁聚焦qBmvTvhqBmTcos22/ 在顯像管、電子顯微鏡和真空器件中，常用磁聚在顯像管、電子顯微鏡和真空器件中，常用磁聚焦來

4、聚焦電子束。焦來聚焦電子束。mvmvsinRqBqB2 mvqB 如圖，一束速度大小近似一樣且與磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖，一束速度大小近似一樣且與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的夾角的夾角很小的帶電粒子流從同一點(diǎn)出發(fā)進(jìn)入均很小的帶電粒子流從同一點(diǎn)出發(fā)進(jìn)入均勻磁場(chǎng)中。勻磁場(chǎng)中。磁聚焦原理磁聚焦原理物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 用于產(chǎn)生高能用于產(chǎn)生高能粒子的安裝，其構(gòu)粒子的安裝，其構(gòu)造為金屬雙造為金屬雙 D 形形盒，在其上加有磁盒，在其上加有磁場(chǎng)和交變的電場(chǎng)。場(chǎng)和交變的電場(chǎng)。將一粒子置于雙將一粒子置于雙 D形盒的縫隙處，在形盒的縫隙處，在電場(chǎng)

5、的作用下，進(jìn)電場(chǎng)的作用下，進(jìn)入左半盒，由入左半盒，由于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場(chǎng)的作用下于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場(chǎng)的作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入縫隙后，電場(chǎng)極性變換，粒子被反作圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入縫隙后，電場(chǎng)極性變換，粒子被反向加速，進(jìn)入右半盒，因速度添加，軌道半徑也添加。向加速，進(jìn)入右半盒，因速度添加，軌道半徑也添加。然后又穿過縫隙，電場(chǎng)極性又變換，粒子不斷地被加然后又穿過縫隙，電場(chǎng)極性又變換，粒子不斷地被加速。能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶。速。能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶。2. 2. 盤旋加速器盤旋加速器物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5

6、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) B B盤旋加速器盤旋加速器物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2222k221RBmqmvE粒子的動(dòng)能：粒子的動(dòng)能：BmqvR)(BRmqv 軌道半徑：軌道半徑：粒子引出速度：粒子引出速度：振蕩器的周期：振蕩器的周期：2mTqB做圓周運(yùn)動(dòng)的周期：做圓周運(yùn)動(dòng)的周期：盤旋加速器普通適用于加速質(zhì)量較大的粒子，不宜盤旋加速器普通適用于加速質(zhì)量較大的粒子，不宜用于加速電子。用于加速電子。2mTTqB物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁

7、場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 目前世界上最大的盤旋加速器在美目前世界上最大的盤旋加速器在美國費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為國費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億億電子伏特。電子伏特。 世界第二大盤旋加速器在歐洲加速世界第二大盤旋加速器在歐洲加速中心，加速器分布在法國和瑞士?jī)蓢闹行?，加速器分布在法國和瑞士?jī)蓢倪吘常铀倨髟谌鹗?，?chǔ)能環(huán)在法國。邊境，加速器在瑞士，儲(chǔ)能環(huán)在法國。產(chǎn)生的高能粒子能量為產(chǎn)生的高能粒子能量為280億電子伏特。億電子伏特。盤旋加速器盤旋加速器物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶

8、電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)用于分析同位素和丈量離子荷質(zhì)比的重要儀器。用于分析同位素和丈量離子荷質(zhì)比的重要儀器。(1) (1) 分析同位素分析同位素 用于分別同位數(shù)有一樣的質(zhì)子數(shù)和電用于分別同位數(shù)有一樣的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。它們的化子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。它們的化學(xué)性質(zhì)一樣，無法用化學(xué)的方法將它們學(xué)性質(zhì)一樣，無法用化學(xué)的方法將它們別分開。別分開。(2)(2)質(zhì)譜儀的任務(wù)原理質(zhì)譜儀的任務(wù)原理 以速度以速度v 置入一帶置入一帶電量為電量為 q 的粒子，粒的粒子，粒子遭到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共子遭到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用。當(dāng)粒子速度較同作用。當(dāng)粒子速度較小時(shí)，電場(chǎng)力

9、大于洛倫小時(shí)，電場(chǎng)力大于洛倫茲力，粒子向左偏轉(zhuǎn)被茲力，粒子向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。左極板吸收。+-v vE EFeFefLfLB B3. 3. 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)粒子速度較大時(shí)，電場(chǎng)當(dāng)粒子速度較大時(shí)，電場(chǎng)力小于洛倫茲力，粒子向右偏力小于洛倫茲力，粒子向右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。當(dāng)粒子速度轉(zhuǎn)被右極板吸收。當(dāng)粒子速度滿足電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，滿足電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，有有LefFqvBqEEvB 于是速度滿足上式的粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)，穿過于是速度滿足上式的粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)，穿過狹縫進(jìn)入下方磁場(chǎng)狹縫進(jìn)

10、入下方磁場(chǎng)B；經(jīng)過調(diào)整；經(jīng)過調(diào)整 E 和和 B 可選擇粒子可選擇粒子速度。速度。RBB+-v vE E速度選擇器速度選擇器FeFefLfLB B質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)qBmvR可知，質(zhì)量大的同位素?？芍?，質(zhì)量大的同位素粒子，軌道半徑大，質(zhì)量小子，軌道半徑大，質(zhì)量小的同位素粒子，軌道半徑的同位素粒子，軌道半徑小。不同質(zhì)量的粒子在膠小。不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同的質(zhì)譜線。片屏上留下不同的質(zhì)譜線。根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同位素的質(zhì)量。出同位素的質(zhì)量。質(zhì)譜線質(zhì)譜線在在 B中

11、作圓周運(yùn)動(dòng)的軌中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑由道半徑由R RBB膠片屏膠片屏+-v vE E速度選擇器速度選擇器FeFefLfLB B7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀qvEmRBRB B物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)4 4、霍耳效應(yīng)、霍耳效應(yīng) 1879年，霍耳E. H. Hall發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中時(shí)，假設(shè)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，那么在與磁場(chǎng)和電流兩者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差。稱為霍耳效應(yīng)，這電勢(shì)差稱為霍耳電勢(shì)差。物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8.5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)指出，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢(shì)差實(shí)驗(yàn)指出，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢(shì)差 UH與電流與電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B 成正比，