-洛倫茲力與帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、一、一、 洛侖茲力洛侖茲力Bfvq10-3 洛侖茲力與帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)洛侖茲力與帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)BqfBqfvxyzo+qvBfsinBqfv B二二 、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)平平行行或或反反平平行行與與Bv)1(帶電粒子沿著磁感應(yīng)線做勻速直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子沿著磁感應(yīng)線做勻速直線運(yùn)動(dòng)RmBq2vvqBmRvqBmRT22vmqBT21Bv（2）環(huán)繞著磁感應(yīng)線做環(huán)繞著磁感應(yīng)線做勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng) 與與 不垂直不垂直Bv（3）vvv/cosvv/sinvv qBmRvsinqBmT2)/2(cosqBmhvTv/螺距螺距 1. 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場(chǎng)中

2、點(diǎn)在均勻磁場(chǎng)中點(diǎn) A 發(fā)射一發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子束初速度相差不大的帶電粒子, 它們的它們的 與與 之間的夾角之間的夾角 不同不同 , 但都較小但都較小,這這些粒子沿半徑不同的螺旋線運(yùn)動(dòng)些粒子沿半徑不同的螺旋線運(yùn)動(dòng), 因螺距因螺距近似相等近似相等, 相交于屏上同一點(diǎn)相交于屏上同一點(diǎn), 此現(xiàn)象稱此現(xiàn)象稱為磁聚焦為磁聚焦 .0vB 應(yīng)用應(yīng)用 電子光學(xué)電子光學(xué) , 電電子顯微鏡等子顯微鏡等 .三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用電子顯微鏡中的磁聚焦電子顯微鏡中的磁聚焦2. 電子的反粒子電子的反粒子 電子偶電子偶顯示正電子顯示正電子存在的云室存在的云室照片及其摹照片及

3、其摹描圖描圖鋁板鋁板正電子正電子電子電子B1930年狄拉克年狄拉克預(yù)言自然界存預(yù)言自然界存在正電子在正電子3. 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀BqBmEqBRmv7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜.1p2p+-2s3s1s速度選擇器速度選擇器照相底片照相底片質(zhì)譜儀的示意圖質(zhì)譜儀的示意圖BqEBqvBEBEBRBEmq4. 回旋加速器回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D型室型室. 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1 MeV的能量，的能量，為此為此1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).mqBf2mqBR0v2k21vm

4、E 頻率與半徑無關(guān)頻率與半徑無關(guān)到半圓盒邊緣時(shí)到半圓盒邊緣時(shí)mRBqE22022k回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖NSB2D1DON振蕩器振蕩器 我國(guó)于我國(guó)于1994年建成的第年建成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器子加速器 ，可產(chǎn)生數(shù)十可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命種中短壽命放射性同位放射性同位素素 .4. 霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdvI+ + +- - -P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+-HUBmFdv霍耳效應(yīng)的應(yīng)用霍耳效應(yīng)的應(yīng)用

5、（2）測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)dIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓（1）判斷半導(dǎo)體的類型判斷半導(dǎo)體的類型mF+ + +- - - N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體HU-BI+-dv2HnehR ), 2 , 1(n 量子霍爾效應(yīng)量子霍爾效應(yīng)（1980年）年）051015200300400100T/BmV/HU2n3n4nIURHH 霍耳電阻霍耳電阻四、帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)四、帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)（1 1）會(huì)聚磁場(chǎng)中作螺旋運(yùn)動(dòng)的帶正電的粒子掉向返轉(zhuǎn)）會(huì)聚磁場(chǎng)中作螺旋運(yùn)動(dòng)的帶正電的粒子掉向返轉(zhuǎn)（2 2）磁約束裝置）磁約束裝置例、兩個(gè)帶電粒子的質(zhì)量之比為例、兩個(gè)帶電粒子的質(zhì)量之比為1:6，電量之比，電量之比為為1

6、:2，現(xiàn)以相同的速度垂直于磁場(chǎng)方向飛入同，現(xiàn)以相同的速度垂直于磁場(chǎng)方向飛入同一均勻磁場(chǎng)，則它們所受的洛侖茲力之比為一均勻磁場(chǎng)，則它們所受的洛侖茲力之比為_；它們各自每秒鐘完成圓周運(yùn)動(dòng)的；它們各自每秒鐘完成圓周運(yùn)動(dòng)的次數(shù)之比為次數(shù)之比為_。例、質(zhì)量為例、質(zhì)量為m的質(zhì)子以速度的質(zhì)子以速度飛入一磁感應(yīng)強(qiáng)度飛入一磁感應(yīng)強(qiáng)度為為B的均勻磁場(chǎng)，其速度方向與磁場(chǎng)方向的夾的均勻磁場(chǎng)，其速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角為角為，求：，求：（1）質(zhì)子做螺旋運(yùn)動(dòng)的半徑；）質(zhì)子做螺旋運(yùn)動(dòng)的半徑；（2）螺距；）螺距；（3）旋轉(zhuǎn)頻率。）旋轉(zhuǎn)頻率。2:11:3qBmRsinqBmhcos2mqBTf21例、如圖所示的測(cè)量離子質(zhì)量的裝

7、置，粒子源例、如圖所示的測(cè)量離子質(zhì)量的裝置，粒子源S產(chǎn)生一質(zhì)產(chǎn)生一質(zhì)量為量為m、電量為、電量為q的離子，離子從離子源出來時(shí)速度很的離子，離子從離子源出來時(shí)速度很小，可近似認(rèn)為是靜止的。離子經(jīng)過電勢(shì)差小，可近似認(rèn)為是靜止的。離子經(jīng)過電勢(shì)差U加速后，進(jìn)加速后，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)，在此磁場(chǎng)中，離子運(yùn)動(dòng)半的均勻磁場(chǎng)，在此磁場(chǎng)中，離子運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周后打在距離出口縫隙為個(gè)圓周后打在距離出口縫隙為L(zhǎng)的底片上并予以記錄，試的底片上并予以記錄，試證明該離子的質(zhì)量為：證明該離子的質(zhì)量為： m=B2qL2/(8U)SU BPL例、一個(gè)頂角為例、一個(gè)頂角為30o的扇形區(qū)域內(nèi)有一垂直于紙面的扇形區(qū)域內(nèi)有一垂直于紙面向內(nèi)的均勻磁場(chǎng)向內(nèi)的均勻磁場(chǎng)B，一質(zhì)量為，一質(zhì)量為m、電量為、電量為+q的粒的粒子，從區(qū)域的一邊界上距離頂點(diǎn)為子，從區(qū)域的一邊界上距離頂點(diǎn)為L(zhǎng)的地方以速的地方以速率率LqB/(2m)垂直于邊界射入磁場(chǎng)，如圖所示，垂直