11磁场对运动电荷的作用.ppt

1 磁场对运动电荷的作用 第七章第3 4节 2 电量为q电荷在磁场中受到的洛仑兹力 大小 方向 垂直由和构成的平面 洛仑兹力不对运动电荷作功 它只改变带电粒子的运动方向 并不改变带电粒子的速率和动能 3 运动轨迹为一圆周 洛伦兹力充当向心力 周期 1 带电粒子在均匀磁场中的运动 1 带电粒子垂直进入磁场 有 结论 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 速度小的粒子轨道半径小走的路程短 但周期都是相同的 4 由于 带电粒子不受力 作匀速直线运动 2 带电粒子平行进入磁场 3 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 其合运动为螺旋线运动 在垂直磁场的方向上作圆周运动 在平行于磁场的方向上作匀速直线运动 5 螺距h 螺线上相邻两个圆周的对应点之间的距离 磁聚焦 一束发散角不大的带电粒子束 若这些粒子沿磁场方向的分速度大小又一样 它们有相同的螺距 经过一个周期它们将重新会聚在另一点这种发散粒子束会聚到一点的现象叫磁聚焦 6 它广泛应用于电真空器件中如电子显微镜中 它起了光学仪器中的透镜类似的作用 2 带电粒子在非均匀磁场中的运动 一个带电粒子进入轴对称会聚磁场 如图所示 在YZ平面内的速度分量与磁场的X分量的洛仑兹力 使其在YZ平面内做圆周运动 由于磁场的不均匀 洛仑兹力的大小要变化 所以不是匀速圆周运动 且半径逐渐变小 7 当有一个向强场方向的速度分量 它不仅螺旋前进 而且还受一个反方向的力 阻止它前进 最后使沿磁场的运动被抑制 而被迫反转 象被 反射 回来一样 这称之为磁镜 在a点受力分析 有使得粒子Vz逐渐增大的力 也有使其减少的力 结论 带电粒子进入轴对称的会聚磁场 它便被约束在一根磁力线附近的很小范围内 它只有纵向沿磁力线的运动 而无横向跨越 或说在横向输运过程中它受到很大的限制 8 磁约束 用于受控热核反应中 范阿仑辐射带VanAllenbelts 带电粒子 如宇宙射线的带电粒子 被地磁场捕获 绕地磁感应线作螺旋线运动 在近两极处地磁场增强 作螺旋运动的粒子被折回 结果沿磁力线来回振荡形成范阿仑辐射带 因为它具有较高的能量 曾在人造卫星的发射等空间科学中发现了它 并给予了必要的考虑 当太阳黑子活动引起空间磁场的变化 使粒子在两极处的磁力线引导下 在两极附近进入大气层 能引起美妙的北极光 9 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 速度选择器 B 当粒子速度较小时 电场力大于洛伦兹力 粒子向左偏转被左极板吸收 1 质谱仪的工作原理 1 质谱仪 当粒子速度较大时 电场力小于洛伦兹力 粒子向右偏转被右极板吸收 当粒子速度满足电场力等于洛伦兹力时 粒子竖直向下运动穿过狭缝进入下方磁场B 通过调整E和B可选择粒子速度 10 B 质量大的同位素粒子 轨道半径大 质量小的同位素粒子 轨道半径小 不同质量的粒子在胶片屏上留下不同的质谱线 在B 中作圆周运动的轨道半径为 根据质谱线的位置 可推出同位素的质量 2 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 由知 质谱线 11 其结构为金属双D形盒 在其上加有磁场和交变的电场 2 回旋加速器 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 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 12 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 1879年霍耳发现 把一载流导体放在磁场中 如果磁场方向与电流方向垂直 则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差 这一现象称之为霍耳现象 I 3 霍尔效应 以载流子是正电荷为例 为霍尔系数 13 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 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 讨论 由VH的正负就可知道半导体的类型 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 3 霍尔效应的应用 14 测量磁场 由 可知 利用此原理制成高斯计测量外界磁场