7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动

物理学第五版

7-7

带电粒子在电场和磁场中的运动

一 带电粒子在电场和磁场中所受的力v v 电场力 Fe = q E磁场力(洛伦兹力) 磁场力(洛伦兹力)

zox

v Fm

q+

v v v Fm = qv × B运动电荷在电场 和磁场中受的力

v v

θ

v B

y

v v v v F = qE + qv × B1

第七章 恒定磁场

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带电粒子在电场和磁场中的运动

二 带电粒子在磁场中运动举例1 回旋半径和回旋频率 v v v0 ⊥ B 2 v0 qv0 B = m R mv0 R= qB 2π R 2π m T= = v0 qB第七章 恒定磁场

1 qB f = = T 2π m2

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带电粒子在电场和磁场中的运动

2 磁聚焦

v v v 洛伦兹力 Fm = q v × B (洛伦兹力不做功) 洛伦兹力不做功) v v v v v v 与 B 不垂直 v = v // + v⊥ mv⊥ R= v // = vcos θ v⊥ = vsin θ qB

2π m T= qB螺距 d = v // T = vcos θ (2πm / qB)第七章 恒定磁场3

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带电粒子在电场和磁场中的运动

磁聚焦 在均匀磁场中点 A 发射一束 v与 初速度相差不大的带电粒子,它们的 v0 初速度相差不大的带电粒子, v 不同,但都较小, B 之间的夹角 θ 不同,但都较小,这些粒 子沿半径不同的螺旋线运动, 子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似 相等,相交于屏上同一点, 相等,相交于屏上同一点,此现象称为磁 聚焦 . 应用 电子光学, 电子光学,电 子显微镜等 .第七章 恒定磁场4

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带电粒子在电场和磁场中的运动

3 电子的反粒子 电子偶 显示正电子存 在的云室照片 及其摹描图

正电子

电子

v B

1930年狄拉克 年狄拉克 预言自然界存 铝板 在正电子5

第七章 恒定磁场

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带电粒子在电场和磁场中的运动

三 带电粒子在电场和磁场中运动举例1 质谱仪速度选择器 照相底片

................. ................ ............. .........质谱仪的示意图

- ... + . . . s3

... p1 . . . p2

s1 s2

v2 q vB ′ = m R qB′R m= v70 72 73 74 76

锗的质谱6

第七章 恒定磁场

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带电粒子在电场和磁场中的运动

2 回旋加速器

1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的 型室 年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室 年劳伦斯研制第一台回旋加速器的 型室. 此加速器可将质子和氘核加速到1 的能量, 此加速器可将质子和氘核加速到 MeV的能量, 的能量 为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖 年劳伦斯获诺贝尔物理学奖. 为此 年劳伦斯获诺贝尔物理学奖第七章 恒定磁场7

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带电粒子在电场和磁场中的运动

N N

D2

OB

~

频率与半径无关 qB f = 2π m到半圆盒边缘时

D1

S 回旋加速器原理图第七章 恒定磁场

qBR0 v= m 1 2 Ek = mv 2 q 2 B 2 R02 Ek = 2m8

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带电粒子在电场和磁场中的运动 我国于1994 我国于

年建成的第 一台强流质 子加速器 , 可产生数十 种中短寿命 放射性同位 素.

第七章 恒定磁场

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带电粒子在电场和磁场中的运动

3 霍耳效应

第七章 恒定磁场

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带电粒子在电场和磁场中的运动v B

v+ + + + b vd +q - - -v - qEH = qvd BEH = vd B

d

Fm

IB v霍耳电压 U H = RH d+ I

UH

Fe

I = qn v d S = qn v d bdIB UH = nqd第七章 恒定磁场

U H = vd Bb

霍耳 R = 1 系数 H nq11

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带电粒子在电场和磁场中的运动

霍耳效应的应用 (1)判断半导体的类型 ) v B v Fm + + + + v I v I + UH - - d

+ + +

- -v - vd

v v B Fm

UH

P 型半导体

N 型半导体

+

(2)测量磁场 ) 霍耳电压IB U H = RH d第七章 恒定磁场12

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带电粒子在电场和磁场中的运动

量子霍尔效应( 量子霍尔效应(1980年) 年UH / mV400

300 200

1000

n=2 n=3 n=4B/T

5

10

15

UH ′ 霍耳电阻 RH = I

h ′ RH = 2 ( n = 1,2,L) ne13

第七章 恒定磁场

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本章目录

选择进入下一节: 选择进入下一节:毕奥7-4 毕奥-萨伐尔定律 7-5 磁通量 磁场的高斯定理 7-6 安培环路定理 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动 7-8 载流导线在磁场中所受的力 7-9 磁场中的磁介质

第七章 恒定磁场