运动电荷在磁场中受力

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 方向 q 0 q 0 阴极射线管实验洛仑兹力 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 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 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 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 螺距h 相邻螺线间的距离 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 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 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 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 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 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 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 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 能量不断增大 成为高能粒子后引出轰击靶 B 出射粒子的速度由 有 动能为 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 回旋加速器 国际粒子探测中心的粒子探测器 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 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 其中 由 有 当电场力与洛伦兹力平衡时 VH稳定 其中 定义 为霍尔系数 则 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 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 P型半导体 n型