【正文】 電場力 EqF ?? ?e磁場力 （洛倫茲力） BqF ??? ?? vmBqEqF ???? ??? v運動電荷在電場和磁場中受的力 x yzo ?+ qv?B?mF?第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 1. 運動方向與磁場方向平行 ? = 0 F = 0 + B v 結(jié)論： 帶電粒子作勻速直線運動。 ?s inBqF v?BqF ??? ?? vm第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 周期： qBmvRT ?? 22 ??頻率： mqBT ??21 ??帶電粒子作勻速圓周運動，其周期和頻率與速度無關(guān)。 結(jié)論： 2. 運動方向與磁場方向垂直 v F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + B R 運動方程： BqF v?RmBq2vv ?BqF ??? ?? vm第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的 D型室 . 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到 1MeV的能量，為此 1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學獎 . 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 mqBfπ2?mq B R 0?v2k 21 vmE ?頻率與半徑無關(guān) 到半圓盒邊緣時 mRBqE22022k ?回旋加速器原理圖 N S B 2D 1DO ~ 周期與圓周運動周期相同 qBmT ????21第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 我國于1994年建成的第一臺強流質(zhì)子加速器 ，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素 . 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 例 回旋加速器 D形盒圓周的最大半徑 R=,若用它加速質(zhì)子 ,將質(zhì)子從靜止加速到 ,(1)磁場的磁感強度 B應(yīng)多大 ?(2)若兩 D形盒電極間距離很小 ,極間的電場可視為均勻電場 ,兩極的電勢差為 求加速到上述能量所需的時間 . V4102?RV?解 (1) 質(zhì)子在 D形盒中作圓周運動 ）（ 12???rmvq v B設(shè)質(zhì)子達到最大能量 Em時的速度為 Vm ,半徑為 R ）（ 221 2 ??? mm mvE 1919627m??? ???????? ???第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 RV?(2)質(zhì)子每旋轉(zhuǎn)一周能量增加 Vq2 ?)(1022104qBm2Vq2Et52192746m???????????????????Vq2E m?達到最大能量時需旋轉(zhuǎn)的次數(shù)為 qBmT ?? 2每轉(zhuǎn)一次需要時間為 達到最大能量 Em時所需時間 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 3. 運動方向沿任意方向 qBmR ?s inv?半徑： qBmT ?2?周期： 螺距： ?? c o s2// vvqBmTh ??結(jié)論： 螺旋運動 :勻速直線運動 //v勻速圓周運動 ?vBqF ??? ?? vm第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 磁聚焦 在均勻磁場中點 A 發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子 , 它們的 與 之間的夾角 不同 , 但都較小 ,這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動 , 因螺距近似相等 , 相交于屏上同一點 , 此現(xiàn)象稱為磁聚焦 . ?0v? B? 應(yīng)用 電子光學 , 電子顯微鏡等 . 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 電磁場控制帶電粒子運動的實例 速度選擇器 Fm BqqE v?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + + + + + + + + + E + v Fe BE?v第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 2. 湯姆孫實驗 eVm ?221 v電子動能： meV2?v第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 電子束打在屏幕中央的條件： BE?vmeVBE 2?222 VBEme ?111 kgC10)53( ????me電子的比荷： kg10)54( 31???m電子的質(zhì)量： 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 3. 霍耳效應(yīng) B 1879年，霍爾（ ， 1855－ 1936 ）發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場中時，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流兩者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差。這一現(xiàn)象稱為 霍耳效應(yīng) ，這電勢差稱為 霍耳電勢差 。 + + + + + + + + + + + + + + + V1 V2 I I 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 霍 耳 效 應(yīng) 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 動態(tài)平衡時： x y z ?V I I + + + + + + + + + + + d b B v Fe Fm vBbbEVVV HH ?????? 21BeF v?mHeEF ?eHeEBe ?vBE H v?bdenI v?e nbdI?v第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 RH 稱為 霍耳系數(shù) 霍耳系數(shù) RH 與載流子密度 n成反比。在金屬中，由于載流子密度很大，因此霍耳系數(shù)很小，相應(yīng)霍耳效應(yīng)也很弱。而在一般半導體中，載流子密度 n 較小，因此霍耳效應(yīng)也較明顯。 dIBenV H1?? 令： neR1H ??dIBRVHH ?如果載流子帶正電荷，則 qnR H 1?第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 I + + + + P 型半導體 + HUB?mF?dv?霍耳效應(yīng)的應(yīng)用 2） 測量磁場 dIBRUHH ?霍耳電壓 1） 判斷半導體的類型 mF?+ + + N 型半導體 HU B?I + dv?第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 4. 質(zhì)譜儀 R N ：為粒子源 P：為速度選擇器 ? ? ? + P ? ? ? ? ? ? ? ? ? N ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B qBmR v?BRBEmq??BE??v質(zhì)譜儀是一種將物質(zhì)電離成離子，然后通過電場與磁場對離子作用以達到把不同質(zhì)量的離子分離開的目的并對離子的質(zhì)量進行定性或定量分析的儀器。也是研究同位素的主要設(shè)備。 ,荷質(zhì)比較大 ,粒子軌道半徑是大還是小 ? 子的電荷正負 . 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 在非均勻磁場中帶電粒子運動的特征： 1）向磁場較強方向運動時，螺旋半徑不斷減小 BRqBmR 1?? 即?根據(jù)是： B?非均勻磁場 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 2）粒子受到的洛侖茲力 恒有一個指向磁場較弱方向的分力 從而阻止粒子向磁場較強方向的運動 約 束 力 B??F?B??F?B?I 圖 正離子被磁約束示意圖 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 應(yīng)用 1）磁鏡 等離子體 線圈 線圈 磁場：軸對稱 中間弱 兩邊強 粒子將被束縛在磁瓶中 磁鏡：類似于粒子在反射面上反射 （名稱之來源） 在受控熱核反應(yīng)中用來約束等離子體 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 2）極光 由于地磁場俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 在地磁兩極附近 由于磁感線與地面垂直 外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi) 它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光 絢麗多彩的極光 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 3）磁流體船 B 電流 B F ? ? 海水 進水 出水 發(fā)動機 接發(fā)電機 I F 電極 第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 例 有一回旋加 速器，他 的交變 電壓的 頻率為 ，半圓形電極的半徑為 . 問 加速氘核所需的磁感應(yīng)強度為多大 ？ 氘核所能達到的最大動能為多大 ？ 其最大速率有多大 ？ （已知氘核的質(zhì)量為 ，電荷為 ） . Hz1012 6? 27?? 19??解 由粒子的回旋頻率公式，可得 19627??????????22BqmfMe 2022k ?? mRBqE170 ?????mq B Rv第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 例：一金屬條寬 ,以速度 v在磁場 B= ,在x和 y兩點測得霍耳電壓為 ?V,x和 y是金屬條左右表面上的任意兩點 ,試推算其運動速率 v. v x y 解： 載流子 受力平衡時 qEq v B ?載流子受到的洛倫茲力等于電場力 . BEv ? ? ?s/Bd/u ??第 9章 穩(wěn)恒電流的磁場 大學物理學 A 第三篇 電磁學 Bvqf m ??? ?? BlIF ??? ?? dd?? FF ?? dsIp m ?? dd ?? ?? BmpM ??? d磁力作功 A=I?? 磁場施力于 ★