大学物理---洛仑磁力

2m qB
磁聚焦
电子枪
K
Av0 y -
B
v0 v0 x
屏
v0 x v0 cos v0 v0 y v0 sin v0
磁聚焦广泛应用于电真空器件中如电子显微镜中
(4)带电粒子在非均匀磁场中的运动
进入轴对称会 Vz B 聚磁场，如图 x By 所示，在YZ平 面内的速度分 By 量与磁场的 X 分量的洛仑兹 F Vz 力，使其在YZ 平面内做圆周 运动。 由于磁场的不均匀，洛仑兹力的大小要变化，所以不是匀 速圆周运动。且半径逐渐变小。 最后使沿磁场的运动被抑制，而被迫反转。象被“反射” 回来一样。这称之为磁镜magnetic lens. 一个带电粒子 F
§
10-5带电粒子在电场和磁场中的运动
一、洛仑兹力 当带电粒子的速度在任意方向时， 受力 Fm 大小与 BV sin 成正比， 为 V 和 B 之间的夹角。
用一个数学公式 Fm q (V B) 对正电荷受力的方向 V B Fm 对负电荷受力的方向 V B 负
R
周期与带电粒子速度无关。
电子的反粒子
电子偶
1930年狄 拉克预言 自然界存 在正电子
正电子
电子

B
铝板
显示正电 子存在的 云室照片 及其摹描 图
回旋加速器Cyclotron、
密封在真空中的两个金属盒（D1和D2）放 在电磁铁两极间的强大磁场中，如图所示 两盒之间有一窄缝，中心附近放有离子源。 两盒间接有交流电源，它在缝隙里的交 变电场用以加速带电粒子。
f E qEH
二者平衡时：qv B
qEH
霍尔电场： E v B H
U A U B EH b v Bb
I dQ
qnhbv dt
A fB + + + + B fE
+
B
I
h
b
dt dt n为电荷数密度
I nqv hb
v dt
IB nqh
U A U B
*霍耳效应的应用
测量载流子类型:n型半导体载流子为电子，P型半 导体载流子为带正电的空穴
P 型半导体
n 型半导体
崔琦
分数量子霍尔效应的发现
1998年
磁流体发电机
磁流体发电机所依据的基本原理就是 霍耳效应。当处于高温高速的等离子 气体通过导电管时，如果在垂直于气 流的方向上加有磁场，则气体中的正 负离子，由于受到洛伦兹力的作用， 将沿着既垂直于磁场方向又垂直于流 速方向，分别朝着两侧反相偏移，结 果在导电管两侧的电极上建立起电势 差，从而可由电极上获得连续输出的 电能
A
B 实验表明： VH
VH RH

IB h
IB h
+ + + + + B Hall effect何因： A fB B - v + + + + fE B
I
A fB + + + + B fE
+
B
I
f m qv B
3
s1 s2
qvB m
v
2
R
m
qBR v
70 72 73 74 76
锗的质谱
3） 0 与 B 成 角 v
v// v0 cos v v0 sin
R
T
v0
mv qB
2R v

mv sin qB
m qB
2
螺旋线螺距
h v//T v//
Fm qv0 B
R mv0 qB
qv0 B m
v0
2
注意：v 一定时，回旋半径与 B 成反比，而回旋
+ + ++ B + + R + + + FL + + +q + + + v0 +

2R m 回旋周期： T 2 v0 qB
vD
y

E
Fe
-
vD
x
B
z
b. 电漂移时正负电荷的漂移方向相同。正负电荷不会分离， 不产生附加电流。
x
a. 电漂移的速度方向v D B , v D E
四）霍 尔效应（Hall effect）
1897年Hall在美国哈佛大学作了一实验：
h I b
- - - - -
y
* 磁约束
* 范阿仑辐射带Van Allen belts
如果在一个均匀磁场中引入一个恒定电场，并使电场与磁 场垂直，那么带电粒子的运动如何？ 这时电粒子将产生“漂移运动” 情形1.在均匀B中引入一均匀E，且B E
Fe
由于电场的存在，带电粒子螺旋运动的轴发生移动。 这种现象称为“电漂移”(由于电场引起的)
S
D1 D2
N
我国于 1994年建 成的第一 台强流质 子加速器 ， 可产生数 十种中短 寿命放射 性同位素 .
2 . 质谱仪
速度选择器
照相底片
................. ................ ............. .........
质谱仪的示意图
... p1 . . . p2 + ... ... s
Fm qvB siwk.baidu.com
B

V
如果电荷处于电场 E 和磁场 B之中，它要受到电场 力和磁场力
F q ( E V B)
洛仑兹公式
二）运动电荷在磁场中运动的各种情况 v 1）0与B方向平行
Bq
-
v
qv0 B 0
2）v0与B垂直