带电粒子在电场和磁场中运动的应ppt课件

1、静止电荷或运动电荷遭到的电场力静止电荷或运动电荷遭到的电场力EqFe运动电荷遭到的磁场力洛仑兹力运动电荷遭到的磁场力洛仑兹力BqF vm7 7 带电粒子在电场和磁场中的运动运用带电粒子在电场和磁场中的运动运用BqEqFv 运动电荷在电场和磁场中受的力运动电荷在电场和磁场中受的力J.J.Thomson在剑桥卡文迪许实验室从事在剑桥卡文迪许实验室从事X射线和稀射线和稀薄气体放电的研讨任务时，经过电场和磁场对阴极薄气体放电的研讨任务时，经过电场和磁场对阴极射线的作用，得出了这种射线不是以太波而是物质射线的作用，得出了这种射线不是以太波而是物质的质粒的结论，测出这些质粒的荷质比的质粒的结论，测出这些质

2、粒的荷质比(电荷与质量电荷与质量之比，发现了电子。之比，发现了电子。一、荷质比的测定 荷质比是荷质比是18971897年年J.J.Thomson J.J.Thomson 测定的，虽然测定的，虽然当时已有大西洋电缆，但对什么是电尚不清楚，当时已有大西洋电缆，但对什么是电尚不清楚，有人以为电是以太的活动。有人以为电是以太的活动。实验安装图实验安装图在电子经过途径上施加相互垂直的电场与磁场，在电子经过途径上施加相互垂直的电场与磁场，利用带电粒子在电场与磁场的作用下发生偏转测利用带电粒子在电场与磁场的作用下发生偏转测出电子的荷质比。出电子的荷质比。实验原理实验原理BeEe0vBE0v实验过程实验过程(

3、1) 电子受磁力和电力平衡，在显示屏上不发生电子受磁力和电力平衡，在显示屏上不发生偏转，从而测出电子流速度。偏转，从而测出电子流速度。2 去掉电场，电子流只在磁场作用下偏转。去掉电场，电子流只在磁场作用下偏转。0emRBvRmBq200vv02veEmRBRB荷质比荷质比kgC /10759. 111由荧光屏上的由荧光屏上的光点位置确定光点位置确定讨论1 1、第一次发现了电子，是具有开创性的实验、第一次发现了电子，是具有开创性的实验发现该荷质比约比氢离子荷质比大发现该荷质比约比氢离子荷质比大10001000倍倍阐明带电质粒是比原子更小的质粒，后来这种质粒被称阐明带电质粒是比原子更小的质粒，后来

4、这种质粒被称为电子。为电子。用不同的金属做实验做出来比值一样用不同的金属做实验做出来比值一样2 2、19091909年，年，MilikanMilikan测电荷，发现各种各样的电荷总是测电荷，发现各种各样的电荷总是某一个值的整数倍某一个值的整数倍发现电子量子化发现电子量子化3 3、19041904年年KaufmannKaufmann发现荷质比随速度变化，那么终究发现荷质比随速度变化，那么终究是荷还是质随速度变化？是荷还是质随速度变化？ 荷变还是量变？电荷随速度变化吗？对电中性物质加热，电子电荷随速度变化吗？对电中性物质加热，电子速度的变化没有破坏电中性，电荷不随速度变化。速度的变化没有破坏电中性

5、，电荷不随速度变化。应该是质量随速度变化应该是质量随速度变化 荷质比丈量的意义荷质比丈量的意义1 1、电子是第一个被发现的根本粒子、电子是第一个被发现的根本粒子 2 2、搞清楚什么是电、搞清楚什么是电 3 3、发现了速度效应，提供狭义相对论的重要实验根、发现了速度效应，提供狭义相对论的重要实验根底底二、霍耳效应二、霍耳效应霍尔电势差的阅历公式为：霍尔电势差的阅历公式为： dIBRUHHRH与资料的性与资料的性质及环境温度质及环境温度有关有关经典霍耳效应是经典霍耳效应是1879年德国物理学家年德国物理学家Hall发现的发现的 霍尔效应的缘由：是由于磁场对导体半导体霍尔效应的缘由：是由于磁场对导体

6、半导体内的运动电荷的洛伦兹力作用所引起的效应。内的运动电荷的洛伦兹力作用所引起的效应。正、负电荷在导体两侧的积累构成附加电场，当正、负电荷在导体两侧的积累构成附加电场，当运动电荷所遭到电场力与洛仑兹力相等时运动电荷所遭到电场力与洛仑兹力相等时dBIbHU+qdv+ + + + + - - - - -eFmFBqqEdHvBEdHv得得nqdIBUHnqR1H霍耳系数霍耳系数bdqndvSqnIdvHHdUEBbb= v霍耳电压霍耳电压设带电粒子的浓度为设带电粒子的浓度为n，那么电流为：，那么电流为： qnbdIdvdIBRUHH与霍尔电势差的阅历公式与霍尔电势差的阅历公式 比较比较取决于载流子

7、浓度和带电取决于载流子浓度和带电的正、负，可正、可负。的正、负，可正、可负。霍耳效应的运用霍耳效应的运用2 2丈量磁场丈量磁场dIBRUHH霍耳电压霍耳电压1 1判别半导体的类型判别半导体的类型nqR1H正、负取决于载流子的正负正、负取决于载流子的正负q0,UH0,P型半导体型半导体q0,UH0,N型半导体型半导体从霍尔系数的丈量值的正、负可以判别导体载从霍尔系数的丈量值的正、负可以判别导体载流子的荷电性质流子的荷电性质 三、盘旋加速器三、盘旋加速器劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的根劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的根本原理，本原理，19321932年制造了世界第一台带电粒子盘旋年制造了

8、世界第一台带电粒子盘旋加速器。此加速器可将质子和氘核加速到加速器。此加速器可将质子和氘核加速到1MeV1MeV的的能量，为此能量，为此19391939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖. . 电粒子盘旋加速器的制造标志着人类可以利电粒子盘旋加速器的制造标志着人类可以利用加速器实现高能粒子、粒子之间的方向，翻开用加速器实现高能粒子、粒子之间的方向，翻开了奥秘的粒子物理学的大门。了奥秘的粒子物理学的大门。 盘旋加速器原理图盘旋加速器原理图NSB2D1DO两个半圆形的两个半圆形的D D形金属形金属盒，放置在垂直于盒，放置在垂直于D D形形金属盒面的磁场中，金属盒面的磁场中，在两个在

9、两个D D形金属盒的间形金属盒的间隙中施加加速粒子的隙中施加加速粒子的交变电场。交变电场。 金属盒的电场屏蔽效应使金属盒的电场屏蔽效应使得得D D形金属盒内部不受外电形金属盒内部不受外电场的干扰，因此在其中运场的干扰，因此在其中运动的带电粒子仅收到磁场动的带电粒子仅收到磁场的作用。的作用。 mqBf2mqBR0v2k21vmE mRBq22022盘旋共振频率与粒子的盘旋共振频率与粒子的速度与半径无关速度与半径无关电场的变化频率等于带电粒子的盘旋共振频电场的变化频率等于带电粒子的盘旋共振频率。确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子率。确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子盘旋。盘旋。加速的带电粒子在加速的带电粒子在D D形金属盒作圆周运动，形金属盒作圆周运动，出射的最大速率为出射的最大速率为出射粒子的最大动能为出射粒子的最大动能为 我国于我国于19941994年建成的第一年建成的第一台强流质子加台强流质子加速器，可产生速器，可产生数十种中短寿数十种中短寿命放射性同位命放射性同位素素 . .随着粒子加速能量的提高，使得粒子的速度随着粒