【高中物理】安培力與洛侖茲力專題：帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 高二物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

1帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力電場(chǎng)力磁場(chǎng)力（洛倫茲力）運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力+專題：

帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2一.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)舉例1

回旋半徑和回旋頻率32

磁聚焦（洛倫茲力不做功）洛倫茲力

與不垂直螺距4

磁聚焦在均勻磁場(chǎng)中點(diǎn)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(yùn)動(dòng),因螺距近似相等,相交于屏上同一點(diǎn),此現(xiàn)象稱為磁聚焦.

應(yīng)用電子光學(xué),電子顯微鏡等.53電子的反粒子電子偶顯示正電子存在的云室照片及其摹描圖鉛板正電子電子1930年狄拉克預(yù)言自然界存在正電子

磁約束由于回旋半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度成反比，因此磁場(chǎng)越強(qiáng)，回旋半徑越小，帶電粒子被約束在磁感應(yīng)線附近，只能沿磁感線作縱向移動(dòng)，一般不能橫向跨越，這種利用磁場(chǎng)將帶電粒子約束在一定范圍內(nèi)的方法稱為磁約束。

圖

磁鏡

圖

磁約束

應(yīng)用（核聚變）可控?zé)岷朔磻?yīng)為了避免高溫等離子體（溫度可以達(dá)到上億度）融化器壁，常采用閉合環(huán)形磁約束結(jié)構(gòu)（托卡馬克裝置）把高溫等離子體束縛在有限的空間區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)。參與聚變反應(yīng)的粒子將不斷沿環(huán)形磁感線方向旋進(jìn)，但不與器壁接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫等離子體的磁約束。磁約束托可馬克裝置——用于受控?zé)岷朔磻?yīng)中磁瓶

地磁場(chǎng)——天然的磁鏡捕集器范.阿倫輻射帶——由地磁場(chǎng)所俘獲的帶電粒子（絕大部分為質(zhì)子和電子）組成內(nèi)輻射帶：～103Km外輻射帶：～104Km生活在地球上的人類及其他生物都應(yīng)十分感謝這個(gè)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，使人類和其他生物不被傷害，得以安全地生存下來。111

質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜...................................................................-+速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖二.帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)把底片換成收集裝置，可作為同位素分離器應(yīng)用：分析同位素相對(duì)含量，獲得同位素產(chǎn)品等2

荷質(zhì)比的測(cè)定磁聚焦法1897年J.J.Thomson測(cè)定荷質(zhì)比的方法裝置和原理利用磁力和電力平衡測(cè)出電子流速度切斷電場(chǎng)，使電子流只在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)第一次發(fā)現(xiàn)了電子，是具有開創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大2000倍用不同的金屬做實(shí)驗(yàn)做出來比值一樣說明帶電質(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(cè)電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是某一個(gè)值的整數(shù)倍——發(fā)現(xiàn)電荷量子化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？

荷隨速度變化？否！對(duì)電中性物質(zhì)加熱，電子速度的變化會(huì)破壞電中性——實(shí)際沒有應(yīng)該是質(zhì)隨速度變化荷質(zhì)比測(cè)量的意義電子是第一個(gè)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(duì)論的重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)測(cè)量電子的荷質(zhì)比是16三.回旋加速器的基本原理1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D型室.

此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).17頻率與半徑無關(guān)到半圓盒邊緣時(shí)回旋加速器原理圖NSBO~N18

我國(guó)于1994年建成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素.經(jīng)典霍耳效應(yīng)

1879年德國(guó)物理學(xué)家Hall發(fā)現(xiàn)的

量子Hall效應(yīng)

1980年，德國(guó)物理學(xué)家馮.克利青發(fā)現(xiàn)

分?jǐn)?shù)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)四.霍耳效應(yīng)20經(jīng)典霍耳效應(yīng)21霍耳系數(shù)I霍耳電壓++++

+

+-----22I++++---P型半導(dǎo)體+-霍耳效應(yīng)的應(yīng)用（2）測(cè)量磁場(chǎng)霍耳電壓（1）判斷半導(dǎo)體的類型+++---N型半導(dǎo)體-I+-23

量子霍爾效應(yīng)（1980年）

霍耳電阻1980年，德國(guó)物理學(xué)家馮.克利青等人在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)條件下測(cè)量一批半導(dǎo)體樣品的Hall電阻RH時(shí)發(fā)現(xiàn)Hall電阻的這些平臺(tái)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(yùn)動(dòng)的量子效應(yīng)在低溫條件下有更明顯的表現(xiàn)通過量子Hall效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)還能夠精確地測(cè)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(jiǎng)

1982年，普林斯頓大學(xué)的美籍華裔教授崔琦等人在研究