磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用及其應(yīng)用

§10-7-8磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用及其應(yīng)用一洛侖茲力二霍爾效應(yīng)三量子霍耳效應(yīng)1精選ppt一洛侖茲力n-電荷數(shù)密度v-電荷定向運(yùn)動(dòng)速度電流元Idl受的安培力電流定義S每個(gè)帶電粒子受到的磁場(chǎng)力--洛侖茲力21矢量式洛侖茲力：注意：q有正有負(fù)方向：S2洛侖茲力特點(diǎn)(1)

v=0時(shí)，f洛＝0，磁場(chǎng)對(duì)靜止電荷無(wú)作用。(3)f洛不作功。所以，不改變運(yùn)動(dòng)電荷速度大小，只是改變方向，使路徑發(fā)生彎曲。(2)θ

=0或π

，f洛＝0。電荷在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)。3洛侖茲力提供向心力電荷作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)4回旋加速器原理圖NSBO~N頻率與半徑無(wú)關(guān)到半圓盒邊緣時(shí)5盤(pán)旋加速器1932年勞倫斯研制第一臺(tái)盤(pán)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年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).6

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.7螺距以自由電子為例v和B成任意角θ，運(yùn)動(dòng)電荷作螺旋線運(yùn)動(dòng)。盤(pán)旋半徑盤(pán)旋周期8

應(yīng)用電子光學(xué),電子顯微鏡等.

磁聚焦在均勻磁場(chǎng)中某點(diǎn)A

發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子,它們的與之間的夾角不盡相同,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,都相交于屏上同一點(diǎn),此現(xiàn)象稱(chēng)之為磁聚焦。91986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)——電子顯微鏡與掃描隧道顯微鏡

1926年布什〔H.Busch〕發(fā)表了有關(guān)磁聚焦的論文，指出電子束通過(guò)軸對(duì)稱(chēng)電磁場(chǎng)時(shí)可以聚焦，如同光線通過(guò)透鏡時(shí)可以聚焦一樣，因此可以利用電子成像。電子束波長(zhǎng)比光波波長(zhǎng)短得多，可以預(yù)期運(yùn)用電子束成像的電子顯微鏡可以得到比光學(xué)顯微鏡高得多的分辨率。

1928年-1929年期間，魯斯卡在參與示波管技術(shù)研究工作的根底上，進(jìn)行了利用磁透鏡和靜電透鏡使電子束聚焦成像的實(shí)驗(yàn)研究.1933年，魯斯卡在加速電壓75kV下，運(yùn)用焦距為3mm的磁透鏡獲得12000倍放大率

恩斯特·魯斯卡從1937年開(kāi)始著手研制商品電子顯微鏡，1938年制成兩臺(tái)電子顯微鏡，

1939年西門(mén)子公司制造的第一臺(tái)商品電子顯微鏡終于問(wèn)世。

10二霍爾效應(yīng)11

由于洛侖茲力作用，處于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一橫向電場(chǎng)和橫向電壓的現(xiàn)象，叫做霍爾效應(yīng)。2實(shí)驗(yàn)規(guī)律：RH－霍耳系數(shù)，由材料性質(zhì)決定。3理論解釋?zhuān)?現(xiàn)象：霍爾電勢(shì)差12I++++

+

+-----最終狀態(tài)：大小相等，方向相反霍耳電壓霍耳系數(shù)13霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2〕測(cè)量n，研究半導(dǎo)體載流子的濃度。1〕判斷半導(dǎo)體的類(lèi)型I++++---P型半導(dǎo)體+-+++---N型半導(dǎo)體-I+-霍耳電壓14KMNR4)磁流體發(fā)電根本原理示意圖高溫高速的等離子氣體

垂直于氣流的方向上加有磁場(chǎng)

電極上獲得連續(xù)輸出的電能

導(dǎo)電管霍耳電勢(shì)差3)測(cè)量磁場(chǎng)〔高斯計(jì)〕霍耳電壓15三量子霍耳效應(yīng)1

整數(shù)量子霍耳效應(yīng)(2)

條件1)

低溫2)

強(qiáng)磁場(chǎng)

定義(3)

霍耳電阻(1)

發(fā)現(xiàn)1980年，德國(guó)物理學(xué)家馮?克利青(K.Von.Klitzing)從金屬--氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中發(fā)現(xiàn)了量子霍耳效應(yīng)。(4)

量子霍耳效應(yīng)的應(yīng)用建立直流電阻基準(zhǔn)16整數(shù)量子霍爾效應(yīng)

表達(dá)式〔量子化〕172分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)2)

條件1)更低溫度；2)更強(qiáng)磁場(chǎng)1)

發(fā)現(xiàn)1982年，崔琦（D.C.Tsui）等人發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。3)表達(dá)式18崔琦：分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)1998諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)19質(zhì)譜儀.......................................