运动电荷在磁场中受力ppt课件

5.4磁场对运动电荷的作用,1,一、运动电荷在磁场中受力-洛伦兹力,由实验知电量为 q 电荷在磁场中受到的洛仑兹力：,各量均取SI制中的单位。,考虑方向，可以写成：,2,方向:,q 0,q 0,3,阴极射线管实验 洛仑兹力,4,二、带电粒子垂直进入磁场,由于带电粒子所受安培力总是与运动速度方向垂直，所以运动轨迹为一圆周，洛仑兹力充当向心力。,5,周期：,周期与粒子运动速度无关，速度大的粒子轨道半径大，走的路程长，,6,速度小的粒子轨道半径小走的路程短，但周期都是相同的。,三、带电粒子平行进入磁场,由于,带电粒子不受力，作匀速直线运动。,7,四、带电粒子以任意角度进入磁场,播放动画,带电粒子以 角进入磁场，在垂直 B 的方向上作圆周运动，在平行于 B 的方向上作匀速直线运动。,8,螺距h：,相邻螺线间的距离,9,1、质谱仪,用于同位素分析的仪器。,同位素,有相同的质子数和电子数，但中子数不同的元素。它们的化学性质相同，无法用化学的方向将它们分离开。,五、带电粒子在电场、磁场中的运动,10,2、质谱仪的工作原理,以速度 v 置入一带电量为 q 的粒子，粒子受到电场和磁场的共同作用。 当粒子速度 v 较小时，Fe fL 粒子向左偏转被左极板吸收。,速度选择器,B,11,当粒子速度 v较大时， Fe fL，粒子向右偏转被右极板吸收。,+,+,+,-,-,-,v,E,速度选择器,Fe,fL,B,当粒子速度 v 使电场力等于洛伦兹力时，,粒子竖直向下运动穿过狭缝；通过调整 E 和 B 可选择粒子速度。,12,B,粒子以速度v 垂直进入下方磁场 B,在 B 中作圆周运动的轨道半径为：,13,可知：对于同位素粒子m大，R 大；m小，R小,质谱线,这样，不同质量的粒子在胶片屏上留下不同的痕迹质谱线。,根据质谱线的位置，可推出同位素的质量。,14,1989年建成的具有世界先进水平的北京正负电子对撞机直线加速器,15,3、回旋加速器,用于产生高能粒子的装置，其结构为金属双 D 形盒，在其上加有磁场和交变的电场。将一粒子置于双 D形盒的缝隙处，在电场的作用下，进入左半盒，,播放动画,16,由于金属具有静电屏蔽作用，带电粒子在磁场的作用下作圆周运动，进入缝隙后，电场极性变换，粒子被反向加速，,进入右半盒，由于速度增加，轨道半径也增加。然后又穿过缝隙，电场极性又变换，粒子不断地被加速。,播放动画,17,能量不断增大，成为高能粒子后引出轰击靶。,B,18,出射粒子的速度由,有,动能为：,19,目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。,世界第二大回旋加速器在欧洲加速中心，加速器分布在法国和瑞士两国的边界，加速器在瑞士，储能环在法国。产生的高能粒子能量为280亿电子伏特。,20,回旋加速器,国际粒子探测中心的粒子探测器,21,六、霍尔效应,1.原因: 是由于运动电荷在磁场中受洛伦兹力的结果。,载流导体的宽为 b，厚为 d。通有电流 I 。,I,载流导体放入磁场 B 中，在导体上下两表面产生霍尔电压的现象。,22,载流导体中的运动电荷在洛伦兹力的作用下，向上偏转，在导体的上表面积累了正电荷，,下表面感应出负电荷，在上下两面间形成电场 E，出现霍尔电压 VH。带电粒子还受到向下的电场力。,23,其中,由,有,当电场力与洛伦兹力平衡时， VH 稳定。,24,其中：,定义：,为霍尔系数。,则：,25,2.讨论,1.由于导体内有大量的自由电荷，n 较大，RH 较小，故导体的霍尔效应较弱。,2.而半导体界于导体与绝缘体之间，其内的自由电荷较少，n 较小，RH 较大，故半导体的霍尔效应显著。,26,3.霍尔效应的应用, 测量半导体的性质,半导体根据掺杂不同，有空穴型（p型）半导体，和电子型（n型）半导体。,P型半导体的主要载流子为正电荷；,n型半导体的主要载流子为负电荷；,27,P 型半导体,n 型半导体,由