大学物理7-7带电粒子在电场和磁场中的运动-new

1、1带电粒子在电场和磁场中所受的力带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力电场力EqFe磁场力（洛伦兹力）磁场力（洛伦兹力）BqF vmBqEqFv运动电荷在电场运动电荷在电场和磁场中受的力和磁场中受的力xyzo+qvBmF2RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf21回旋半径和回旋频率回旋半径和回旋频率带电粒子垂直于磁场强度进入磁场带电粒子垂直于磁场强度进入磁场3vvv/sinvv ,不做功不做功.洛伦兹力洛伦兹力 BqFvm 与与 不垂直不垂直Bvcosvv/qBmRvqBmT2)/2(cosqBmdvTv/螺距螺距磁聚焦磁聚焦4 在均匀磁场中点在均匀磁场中点 A 发射一

2、束初速度发射一束初速度相差不大的带电粒子相差不大的带电粒子, 它们的它们的 与与 之之间的夹角间的夹角 不同不同 , 但都较小但都较小,这些粒子沿这些粒子沿半径不同的螺旋线运动半径不同的螺旋线运动, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 相交于屏上同一点相交于屏上同一点, 此现象称为磁聚焦此现象称为磁聚焦 .0vB应用应用: 电子光学电子光学 , 电电子显微镜等子显微镜等 .磁聚焦磁聚焦5非均匀磁场中非均匀磁场中qBmVR 粒子的回旋半径和螺距都变化粒子的回旋半径和螺距都变化磁瓶磁瓶 Magnetic Bottle磁约束磁约束 Magnetic ConfinementI热核反应，原子核的聚变反应热核

3、反应，原子核的聚变反应等离子体等离子体plasmaFqFm磁镜磁镜 Magnetic Mirror非均匀磁场中的磁聚焦非均匀磁场中的磁聚焦应用应用6非均匀磁场中的磁聚焦非均匀磁场中的磁聚焦77磁约束磁约束磁约束( (磁镜效应磁镜效应) )磁约束8显示正电子存显示正电子存在的云室照片在的云室照片及其摹描图及其摹描图铝板铝板正电子正电子电子电子B1930年狄拉克年狄拉克预言自然界存预言自然界存在正电子在正电子电子的反粒子电子的反粒子 电子偶电子偶9RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱.1p2p+-2s3s1s速度选择器速度选择器照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示

4、意图质谱仪质谱仪10 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室型室. 此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量，的能量，为此为此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.回旋加速器回旋加速器11mqBf2mqBR0v2k21vmE 频率与半径无关频率与半径无关到半圆盒边缘时到半圆盒边缘时mRBqE22022k回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSB2D1DON回旋加速器回旋加速器12 我国于我国于1994年建成的第年建成的第一台强流质一台强流质子加速器子加速器 ，可产生数十可产生数十种中短寿命种中短寿命放射性同位放

5、射性同位素素 .强流质子加速器强流质子加速器13霍尔效应霍尔效应14BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系数系数dBIbHUdIBRUHH霍耳电压霍耳电压+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdv霍尔效应霍尔效应15I+ + +- - -P 型半导体型半导体+-HUBmFdv（2）测量磁场测量磁场dIBRUHH霍耳电压霍耳电压（1）判断半导体的类型判断半导体的类型mF+ + +- - - N 型半导体型半导体HU-BI+-dv霍尔效应的应用霍尔效应的应用162HnehR ), 2 , 1(n051015200300400100

6、T/BmV/HU2n3n4nIURHH 霍耳电阻霍耳电阻量子霍尔效应量子霍尔效应(1980)17反常霍尔效应反常霍尔效应1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生生.18量子反常霍尔效应（量子反常霍尔效应（2013）在没有外加磁场中就可以实现量子霍尔效应。自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取