运动电荷在磁场中受力PPT课件

Fe fL 其中 E VH
b q VH qvB
b VH bvB
由 I vSnq
有 v I Snq
qE qvB
B
VH
fL
Fe
v
b
IE
d
VH
bIB nSq
bIB nbdq
其中： S bd
VH
fL
Fe
VH
1 nq
IB d
B
v
b
IE
d
定义：
RH
1 nq
则：
为霍尔系数。
VH
RH
IB d
2.讨论
v
2 mv
v qB
R B fL v
2m
qB
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 v // B
由于 0
fL qvB sin 0 0
带电粒子不受 力，作匀速直线运 动。
VH
RH
IB d
RH
1 nq
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
① 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 型半导体
B
fL
VH
v
VH
v
I
B fL
I
VH 0
VH 0
由 VH 的正负就可知道半导体的类型。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
29
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
VH
fL q
v
b
I
运动电荷在磁场
中受洛伦兹力的
d
结果。
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
B
电荷，在上下两
面间形成电场 E， 出现霍尔电压 VH。
VH
带电粒子还受到
fL q
Fe
v
b
IE
向下的电场力。
d
当电场力与洛伦兹力平衡时， VH 稳定。
Fe qE f L qvB
速度选择器
当粒子速度 v 较大时， Fe< fL，粒 子向右偏转被右极
板吸收。
E
- -Fe -
B
+ fL+ v+
当粒子速度 v 使电场力等于洛伦兹力时，
Fe fL qE qvB
vE B
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。
vE B
粒子以速度v 垂直进 入下方磁场 B’
B v q
四、带电粒子以任意角度进入磁场
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。
v v
B
v //
播放动画
螺距h： 相邻螺线间的距离
v vLeabharlann Baidu
B
h v//T v cos T T 2m
qB
v // h
h 2mv cos
qB
五、带电粒子在电场、磁场中的运动
§5.4磁场对运 动电荷的作用
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：
fL qvB sin
v
B
各量均取SI制中的单位。
考虑方向，可以写成： fL qv B
fL qv B
方向: q>0 fL // v B q<0 fL // (v B )
v
B
fL
v
B
fL
阴极射线管实验 洛仑兹力
二、带电粒子垂直进入磁场 v B
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。
R B fL v
q
fL
m
v2 R
qvB sin m v 2
2R
R mv qB
周期：
T 2R
qvB m v 2 R
出射粒子的速度由 R mv qB
有
v RqB
m
动能为：
Ek
1 mv 2
2
1 m ( RqB )2 2m
R 2q2B 2 2m
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
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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。
速度选择器
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。
E
- -Fe -
B
+
fL
+
v+
当粒子速度 v 较小时， Fe> fL 粒子向左偏转 被左极板吸收。
在 B’ 中作圆周运
动的轨道半径为： R mv qB '
速度选择器
E
- -Fe -
B
+ fL+ v+
R
B’
R mv qB '
-Fe
可知：对于同位素粒子m 大，R 大；m小，R小
-
E
B
速度选择器
+ fL+
v
+ 胶片屏
这样，不同质量的粒子
B’
R
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。
质谱线
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
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。
国际粒子探测中心的粒子探测器
回旋加速器
六、霍尔效应
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。
载流导体的宽为
B
b，厚为 d。通
有电流 I 。 1.原因: 是由于
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，
播放动画
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。
能量不断增大，成为高能粒子后引出轰击靶。
R mv qB
T 2m
qB
~
qU
1 2
mv 2
1 2
mv0 2
B