運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力

5.4磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,一、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力-洛倫茲力,由實(shí)驗(yàn)知電量為q電荷在磁場(chǎng)中受到的洛侖茲力：,各量均取SI制中的單位。,考慮方向，可以寫成：,方向:,q0,qfL粒子向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。,速度選擇器,B,當(dāng)粒子速度v較大時(shí)，F(xiàn)efL，粒子向右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。,+,+,+,-,-,-,v,E,速度選擇器,Fe,fL,B,當(dāng)粒子速度v使電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，,粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)穿過(guò)狹縫；通過(guò)調(diào)整E和B可選擇粒子速度。,B,粒子以速度v垂直進(jìn)入下方磁場(chǎng)B,在B中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為：,可知：對(duì)于同位素粒子m大，R大；m小，R小,質(zhì)譜線,這樣，不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同的痕跡質(zhì)譜線。,根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同位素的質(zhì)量。,1989年建成的具有世界先進(jìn)水平的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)直線加速器,3、回旋加速器,用于產(chǎn)生高能粒子的裝置，其結(jié)構(gòu)為金屬雙D形盒，在其上加有磁場(chǎng)和交變的電場(chǎng)。將一粒子置于雙D形盒的縫隙處，在電場(chǎng)的作用下，進(jìn)入左半盒，,播放動(dòng)畫,由于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場(chǎng)的作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入縫隙后，電場(chǎng)極性變換，粒子被反向加速，,進(jìn)入右半盒，由于速度增加，軌道半徑也增加。然后又穿過(guò)縫隙，電場(chǎng)極性又變換，粒子不斷地被加速。,播放動(dòng)畫,能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶。,B,出射粒子的速度由,有,動(dòng)能為：,目前世界上最大的回旋加速器在美國(guó)費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。,世界第二大回旋加速器在歐洲加速中心，加速器分布在法國(guó)和瑞士?jī)蓢?guó)的邊界，加速器在瑞士，儲(chǔ)能環(huán)在法國(guó)。產(chǎn)生的高能粒子能量為280億電子伏特。,回旋加速器,國(guó)際粒子探測(cè)中心的粒子探測(cè)器,六、霍爾效應(yīng),1.原因:是由于運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的結(jié)果。,載流導(dǎo)體的寬為b，厚為d。通有電流I。,I,載流導(dǎo)體放入磁場(chǎng)B中，在導(dǎo)體上下兩表面產(chǎn)生霍爾電壓的現(xiàn)象。,載流導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)電荷在洛倫茲力的作用下，向上偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的上表面積累了正電荷，,下表面感應(yīng)出負(fù)電荷，在上下兩面間形成電場(chǎng)E，出現(xiàn)霍爾電壓VH。帶電粒子還受到向下的電場(chǎng)力。,其中,由,有,當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，VH穩(wěn)定。,其中：,定義：,為霍爾系數(shù)。,則：,2.討論,1.由于導(dǎo)體內(nèi)有大量的自由電荷，n較大，RH較小，故導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)較弱。,2.而半導(dǎo)體界于導(dǎo)體與絕緣體之間，其內(nèi)的自由電荷較少，n較小，RH較大，故半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)顯著。,3.霍爾效應(yīng)的應(yīng)用,測(cè)量半導(dǎo)體的性質(zhì),半導(dǎo)體根據(jù)摻雜不同，有空穴型（p型）半導(dǎo)體，和電子型（n型）半導(dǎo)體。,P型半導(dǎo)體的主要載流子為正電荷；,n型半導(dǎo)體的主要載流子為負(fù)電荷；,P型半導(dǎo)體,n型半導(dǎo)體,由VH的正負(fù)就可知道半導(dǎo)體的類