帶電粒子在磁場中的運動

1、1一 帶電粒子在電場(din chng)和磁場中所受的力電場力磁場(cchng)力（洛倫茲力）運動電荷在電場和磁場中受的力+4-4 帶電粒子在磁 場中的運動習(xí)題：4.5-4, 4.5-15 4.5-25, 4.5-29共二十五頁2二 帶電粒子在磁場(cchng)中運動舉例1 回旋(huxun)半徑和回旋(huxun)頻率共二十五頁32 磁聚焦(jjio)（洛倫茲力不做功(zugng)）洛倫茲力 與 不垂直螺距共二十五頁4 磁聚焦 在均勻磁場中點 A 發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子, 它們的 與 之間的夾角 不同 , 但都較小,這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動, 因螺距近似相等, 相交于屏上同一

2、點, 此現(xiàn)象稱為磁聚焦 . 應(yīng)用(yngyng) 電子光學(xué) , 電子顯微鏡等 .共二十五頁53 電子(dinz)的反粒子 電子(dinz)偶顯示正電子存在(cnzi)的云室照片及其摹描圖鋁板正電子電子1930年狄拉克預(yù)言自然界存在正電子共二十五頁帶電粒子在非均勻磁場(cchng)中的運動若一個帶電粒子進(jìn)入(jnr)軸對稱的會聚磁場不僅螺旋前進(jìn)，而且還受一個反方向的力，阻止它前進(jìn)。使沿磁場的運動被抑制，并被迫反轉(zhuǎn)。象被“反射”回來一樣。稱之為磁鏡。a點受力分析：b點受力分析：半徑減小 共二十五頁 磁約束(yush)托可馬克裝置(zhungzh)用于受控?zé)岷朔磻?yīng)中磁 瓶共二十五頁 地磁場天然(ti

3、nrn)的磁鏡捕集器范.阿倫輻射帶由地磁場所俘獲(fhu)的帶電粒子（絕大部分為質(zhì)子和電子）組成內(nèi)輻射帶：103Km外輻射帶：104Km共二十五頁生活在地球上的人類及其他生物都應(yīng)十分感謝這個天然的磁鏡約束，正是靠它才將來自宇宙空間、能致生物于死地的各種高能射線或粒子捕獲(bhu)，使人類和其他生物不被傷害，得以安全地生存下來。 共二十五頁101 質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜.+-速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖三 帶電粒子在電場和磁場(cchng)中運動共二十五頁把底片(dpin)換成收集裝置，可作為同位素分離器應(yīng)用：分析同位素相對含量，獲得同位素產(chǎn)品等2 荷質(zhì)比的測定(cdng) 磁聚

4、焦法1897年J.J.Thomson 測定荷質(zhì)比的方法裝置和原理共二十五頁利用磁力和電力(dinl)平衡測出電子流速度切斷電場，使電子流只在磁場(cchng)中運動共二十五頁第一次發(fā)現(xiàn)了電子，是具有開創(chuàng)性的實驗發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大1000倍用不同的金屬做實驗做出來比值一樣說明(shumng)帶電質(zhì)粒是比原子更小的質(zhì)粒，后來這種質(zhì)粒被稱為電子，1909年，Milikan測電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是某一個值的整數(shù)倍發(fā)現(xiàn)電子量子化1904年Kaufmann發(fā)現(xiàn)荷質(zhì)比隨速度變化，那么究竟是荷還是質(zhì)隨速度變化？ 共二十五頁荷隨速度變化 ？否！對電中性物質(zhì)加熱，電子速度的變化會破壞電中性實際沒

5、有應(yīng)該(ynggi)是質(zhì)隨速度變化 荷質(zhì)比測量的意義電子是第一個被發(fā)現(xiàn)的基本粒子 搞清楚什么是電 發(fā)現(xiàn)了速度效應(yīng) 提供狹義相對論的重要實驗基礎(chǔ)現(xiàn)代實驗測量電子的荷質(zhì)比是 共二十五頁153 回旋(huxun)加速器 1932年勞倫斯研制(ynzh)第一臺回旋加速器的D型室. 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1 MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎.共二十五頁16頻率與半徑(bnjng)無關(guān)到半圓盒邊緣(binyun)時回旋加速器原理圖NSBON共二十五頁17 我國于1994年建成的第一臺強流質(zhì)子加速器 ，可產(chǎn)生(chnshng)數(shù)十種中短壽命放射性同位素 .共二十五頁經(jīng)典霍耳效應(yīng) 18

6、79年德國物理學(xué)家Hall發(fā)現(xiàn)的 量子Hall效應(yīng) 1980年，德國物理學(xué)家馮.克利青發(fā)現(xiàn) 分?jǐn)?shù)(fnsh)量子Hall效應(yīng) 1982年，普林斯頓大學(xué)的美籍華裔教授崔琦和德籍物理學(xué)家施特默發(fā)現(xiàn)4 霍耳效應(yīng)(hu r xio yn)共二十五頁19 經(jīng)典(jngdin)霍耳效應(yīng)共二十五頁20霍耳系數(shù)I霍耳電壓+ + + + + - - - - -共二十五頁21I+ + +- - -P 型半導(dǎo)體+-霍耳效應(yīng)(hu r xio yn)的應(yīng)用（2）測量(cling)磁場霍耳電壓（1）判斷半導(dǎo)體的類型+ + +- - - N 型半導(dǎo)體-I+-共二十五頁22 量子(lingz)霍爾效應(yīng)（1980年） 霍耳電

7、阻共二十五頁1980年，德國物理學(xué)家馮.克利青等人在低溫強磁場條件下測量一批半導(dǎo)體樣品的Hall電阻RH時發(fā)現(xiàn)Hall電阻的這些平臺值與樣品性質(zhì)無關(guān)量子Hall效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，再次顯示出在固體中電子運動的量子效應(yīng)在低溫條件下有更明顯的表現(xiàn)通過(tnggu)量子Hall效應(yīng)的實驗還能夠精確地測定普適常量 h/e2，這一常量也可以用來作為電阻標(biāo)準(zhǔn) 獲1985年諾貝爾獎共二十五頁 1982年，普林斯頓大學(xué)的美籍華裔教授崔琦等人在研究極低溫度(0.lK左右)和超強磁場(B大于10T)條件下二維電子氣的Hall效應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)Hall電阻隨磁場B的變化(binhu)出現(xiàn)了新的臺階，這些新臺階的高度可表為某些分母為奇數(shù)(j sh)的分?jǐn)?shù) 1998年諾貝爾獎 分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)共二十五頁內(nèi)容摘要1。一 帶電粒子在電場(din chng)和磁場中所受的力。磁場力（洛倫茲力）。4-4 帶電粒子在磁。習(xí)題：4.5-4, 4.5-15。4.5-25, 4.5-29。二 帶電粒子在磁場中運動舉例。1 回旋半徑和回旋頻率。電子光學(xué) , 電子顯微鏡等 .。托可馬克裝置用于受控?zé)岷朔磻?yīng)中。磁 瓶。地磁場天然的磁鏡捕集器。范.阿倫輻射帶由地磁場所俘獲的帶電粒子（絕大部分為質(zhì)子和電子）組成。生活在