《大学物理》课件5.6磁场对运动电荷的作用.ppt

1、2.带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 因为洛仑兹力因为洛仑兹力 f=q Bsin =0，所以带电粒子在磁，所以带电粒子在磁场中作匀速直线运动。场中作匀速直线运动。带电粒子作匀速率圆周运动。圆周运动的半径和带电粒子作匀速率圆周运动。圆周运动的半径和周期分别为周期分别为 qBmRqBmT2 BB （2）若若q0,则则 f 的方向与的方向与B 的方向相同的方向相同;若若q0,则则f 的方向与的方向与B 的方向相反。的方向相反。回旋加速器回旋加速器以上两式是磁聚焦以上两式是磁聚焦,回旋加速器的基本回旋加速器的基本理论依据理论依据 与与B有一夹角有一夹角 B=cos =sin 此时，此时，带

2、电粒子一方面以带电粒子一方面以=sin 在垂直于在垂直于B的的平面内作圆周运动平面内作圆周运动,同时又以同时又以 =cos 沿磁场沿磁场B的方的方向作匀速直线运动向作匀速直线运动。这两种运动叠加的结果这两种运动叠加的结果是粒子以是粒子以B的方向为轴线作的方向为轴线作等螺距螺旋线运动。等螺距螺旋线运动。范艾伦辐射带范艾伦辐射带 磁瓶磁瓶3.霍耳效应霍耳效应在一个通有电流的导体在一个通有电流的导体(或半导体或半导体)板上，若垂直于板上，若垂直于板面施加一磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向板面施加一磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向上上,板面两侧会出现微弱电势差板面两侧会出现微弱电势差 霍耳效应霍耳

3、效应av（1）实验结果实验结果ldIBbdIBKUab（2）原理原理emfBqf vE横向电场阻碍电子的偏转横向电场阻碍电子的偏转洛伦兹力使洛伦兹力使电子偏转电子偏转0)(BeEev当达到动态平衡时：当达到动态平衡时：dnqvlnqdIBUabnqK1BEvEluabBlv(霍耳系数霍耳系数)SnqIvnqdIBUab(1)通过测量霍耳系数可以确定导电体中载流子浓度通过测量霍耳系数可以确定导电体中载流子浓度;是是研究半导体材料性质的有效方法（浓度随杂、研究半导体材料性质的有效方法（浓度随杂、温度等变化）温度等变化）r讨论讨论B+abbauu ab+bauu 0K0KIIvqn 型半导体型半导体

4、p 型半导体型半导体vqBmfmfEE(2)区分半导体材料区分半导体材料 霍耳系数的正负与载流子电荷性质有关霍耳系数的正负与载流子电荷性质有关理论曲线理论曲线 量子霍耳效应量子霍耳效应BR2 m3 m4 m1 m崔琦、施特默：更强磁场下崔琦、施特默：更强磁场下 51413121、m克里青：半导体在低温克里青：半导体在低温强磁场强磁场 m=1、2、3、1985年年 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖 1998年年 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖实验曲线实验曲线物理物理知识知识例题例题 质谱仪测粒子的荷质比质谱仪测粒子的荷质比实验实验：加速电压：加速电压U，均匀磁，均匀磁场场B，粒子垂直入射，进口，粒子垂直入射，进口到胶片记录位置间距为到胶片记录位置间距为D，计算粒子的计算粒子的Q/m值。值。解：粒子进质谱仪时动能解：粒子进质谱仪时动能QUmv 221进磁场后做匀速率圆周运动，进磁场后做匀速率圆周运动，QBmvR mvQBR QUmQBR22 28BDUmQ 2DQUmvm222 DR 2 BDvRU重点和难点：重点和难点：洛仑兹力洛仑兹力运动电荷在磁场中的运动规律运动电荷在磁场中的运动规律BqfqBmRqBmT2半径与周期：半径与周期：霍耳效应霍耳效应