運(yùn)動電荷在磁場中受力

運(yùn)動電荷在磁場中受力第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三一、運(yùn)動電荷在磁場中受力----洛倫茲力由實(shí)驗(yàn)知電量為q電荷在磁場中受到的洛侖茲力：各量均取SI制中的單位?？紤]方向，可以寫成：第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三方向:q>0q<0第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三陰極射線管實(shí)驗(yàn)洛侖茲力第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三二、帶電粒子垂直進(jìn)入磁場

由于帶電粒子所受安培力總是與運(yùn)動速度方向垂直，所以運(yùn)動軌跡為一圓周，洛侖茲力充當(dāng)向心力。第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三周期：

周期與粒子運(yùn)動速度無關(guān)，速度大的粒子軌道半徑大，走的路程長，第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三速度小的粒子軌道半徑小走的路程短，但周期都是相同的。三、帶電粒子平行進(jìn)入磁場由于帶電粒子不受力，作勻速直線運(yùn)動。第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三四、帶電粒子以任意角度進(jìn)入磁場播放動畫帶電粒子以

角進(jìn)入磁場，在垂直B的方向上作圓周運(yùn)動，在平行于B的方向上作勻速直線運(yùn)動。第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三螺距h：相鄰螺線間的距離第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三1、質(zhì)譜儀用于同位素分析的儀器。同位素有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。它們的化學(xué)性質(zhì)相同，無法用化學(xué)的方向?qū)⑺鼈兎蛛x開。五、帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三2、質(zhì)譜儀的工作原理以速度v置入一帶電量為q的粒子，粒子受到電場和磁場的共同作用。當(dāng)粒子速度v較小時，F(xiàn)e>

fL

粒子向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。+++---vE速度選擇器FefLB第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

當(dāng)粒子速度v較大時，F(xiàn)e<

fL，粒子向右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。+++---vE速度選擇器FefLB當(dāng)粒子速度v使電場力等于洛倫茲力時，粒子豎直向下運(yùn)動穿過狹縫；通過調(diào)整E和B可選擇粒子速度。第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三RB’粒子以速度v垂直進(jìn)入下方磁場B’+++---vE速度選擇器FefLB在B’中作圓周運(yùn)動的軌道半徑為：第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三可知：對于同位素粒子m大，R

大；m小，R小質(zhì)譜線RB’膠片屏+++---vE速度選擇器FefLB這樣，不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同的痕跡——質(zhì)譜線。根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同位素的質(zhì)量。第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三1989年建成的具有世界先進(jìn)水平的北京正負(fù)電子對撞機(jī)直線加速器第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三3、回旋加速器

用于產(chǎn)生高能粒子的裝置，其結(jié)構(gòu)為金屬雙D形盒，在其上加有磁場和交變的電場。將一粒子置于雙D形盒的縫隙處，在電場的作用下，進(jìn)入左半盒，播放動畫第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三由于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場的作用下作圓周運(yùn)動，進(jìn)入縫隙后，電場極性變換，粒子被反向加速，進(jìn)入右半盒，由于速度增加，軌道半徑也增加。然后又穿過縫隙，電場極性又變換，粒子不斷地被加速。播放動畫第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三~能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶。B第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三出射粒子的速度由有動能為：第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三目前世界上最大的回旋加速器在美國費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。世界第二大回旋加速器在歐洲加速中心，加速器分布在法國和瑞士兩國的邊界，加速器在瑞士，儲能環(huán)在法國。產(chǎn)生的高能粒子能量為280億電子伏特。第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三

回旋加速器國際粒子探測中心的粒子探測器第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三六、霍爾效應(yīng)1.原因:是由于運(yùn)動電荷在磁場中受洛倫茲力的結(jié)果。載流導(dǎo)體的寬為b，厚為d。通有電流I

。IvBbdfLVHq載流導(dǎo)體放入磁場B中，在導(dǎo)體上下兩表面產(chǎn)生霍爾電壓的現(xiàn)象。第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三載流導(dǎo)體中的運(yùn)動電荷在洛倫茲力的作用下，向上偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的上表面積累了正電荷，下表面感應(yīng)出負(fù)電荷，在上下兩面間形成電場E，出現(xiàn)霍爾電壓VH。帶電粒子還受到向下的電場力。IvBbdfLVHqFeE第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三IvBbdfLVHE其中由有當(dāng)電場力與洛倫茲力平衡時，

VH

穩(wěn)定。Fe第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三其中：定義：為霍爾系數(shù)。IvBbdfLVHEFe則：第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三2.討論1.由于導(dǎo)體內(nèi)有大量的自由電荷，n較大，RH較小，故導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)較弱。2.而半導(dǎo)體界于導(dǎo)體與絕緣體之間，其內(nèi)的自由電荷較少，n較小，RH較大，故半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)顯著。第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三3.霍爾效應(yīng)的應(yīng)用①測量半導(dǎo)體的性質(zhì)半導(dǎo)體根據(jù)摻雜不同，有空穴型（p型）半導(dǎo)體，和電子型（n型）半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體的主要載流子為正電荷；n型半導(dǎo)體的主要載流子為負(fù)電荷；第二十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三P型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體fLvvfL由VH的正負(fù)就可知道