帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)ppt課件

1、靜止電荷或運(yùn)動(dòng)電荷遭到的電場(chǎng)力靜止電荷或運(yùn)動(dòng)電荷遭到的電場(chǎng)力EqFe運(yùn)動(dòng)電荷遭到的磁場(chǎng)力洛侖茲力運(yùn)動(dòng)電荷遭到的磁場(chǎng)力洛侖茲力BqF vm7 7 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)運(yùn)用帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)運(yùn)用BqEqFv 運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力J.J.Thomson在劍橋卡文迪許實(shí)驗(yàn)室從事在劍橋卡文迪許實(shí)驗(yàn)室從事X射線和稀射線和稀薄氣體放電的研討任務(wù)時(shí)，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)陰極薄氣體放電的研討任務(wù)時(shí)，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)陰極射線的作用，得出了這種射線不是以太波而是物質(zhì)射線的作用，得出了這種射線不是以太波而是物質(zhì)的質(zhì)粒的結(jié)論，測(cè)出這些質(zhì)粒的荷質(zhì)比的質(zhì)粒的結(jié)論，測(cè)出這些質(zhì)

2、粒的荷質(zhì)比(電荷與質(zhì)量電荷與質(zhì)量之比，發(fā)現(xiàn)了電子。之比，發(fā)現(xiàn)了電子。一、荷質(zhì)比的測(cè)定 荷質(zhì)比是荷質(zhì)比是18971897年年J.J.Thomson J.J.Thomson 測(cè)定的，雖然測(cè)定的，雖然當(dāng)時(shí)已有大西洋電纜，但對(duì)什么是電尚不清楚，當(dāng)時(shí)已有大西洋電纜，但對(duì)什么是電尚不清楚，有人以為電是以太的活動(dòng)。有人以為電是以太的活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)安裝圖實(shí)驗(yàn)安裝圖在電子經(jīng)過(guò)途徑上施加相互垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，在電子經(jīng)過(guò)途徑上施加相互垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，利用帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)測(cè)利用帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)測(cè)出電子的荷質(zhì)比。出電子的荷質(zhì)比。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理BeEe0vBE0v實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程(

3、1) 電子受磁力和電力平衡，在顯示屏上不發(fā)生電子受磁力和電力平衡，在顯示屏上不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而測(cè)出電子流速度。偏轉(zhuǎn)，從而測(cè)出電子流速度。2 去掉電場(chǎng)，電子流只在磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)。去掉電場(chǎng)，電子流只在磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)。0emRBvRmBq200vv02veEmRBRB荷質(zhì)比荷質(zhì)比kgC /10759. 111由熒光屏上的由熒光屏上的光點(diǎn)位置確定光點(diǎn)位置確定討論1 1、第一次發(fā)現(xiàn)了電子，是具有開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)、第一次發(fā)現(xiàn)了電子，是具有開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大10001000倍倍闡明帶電質(zhì)粒是比原子更小的質(zhì)粒，后來(lái)這種質(zhì)粒被稱闡明帶電質(zhì)粒是比原子更小的質(zhì)粒，后來(lái)

4、這種質(zhì)粒被稱為電子。為電子。用不同的金屬做實(shí)驗(yàn)做出來(lái)比值一樣用不同的金屬做實(shí)驗(yàn)做出來(lái)比值一樣2 2、19091909年，年，MilikanMilikan測(cè)電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是測(cè)電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是某一個(gè)值的整數(shù)倍某一個(gè)值的整數(shù)倍發(fā)現(xiàn)電子量子化發(fā)現(xiàn)電子量子化3 3、19041904年年KaufmannKaufmann發(fā)現(xiàn)荷質(zhì)比隨速度變化，那么終究發(fā)現(xiàn)荷質(zhì)比隨速度變化，那么終究是荷還是質(zhì)隨速度變化？是荷還是質(zhì)隨速度變化？ 荷變還是量變？電荷隨速度變化嗎？對(duì)電中性物質(zhì)加熱，電子電荷隨速度變化嗎？對(duì)電中性物質(zhì)加熱，電子速度的變化沒(méi)有破壞電中性，電荷不隨速度變化。速度的變化沒(méi)有破壞電中性

5、，電荷不隨速度變化。應(yīng)該是質(zhì)量隨速度變化應(yīng)該是質(zhì)量隨速度變化 荷質(zhì)比丈量的意義荷質(zhì)比丈量的意義1 1、電子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的根本粒子、電子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的根本粒子 2 2、搞清楚什么是電、搞清楚什么是電 3 3、發(fā)現(xiàn)了速度效應(yīng)，提供狹義相對(duì)論的重要實(shí)驗(yàn)根、發(fā)現(xiàn)了速度效應(yīng)，提供狹義相對(duì)論的重要實(shí)驗(yàn)根底底二、霍耳效應(yīng)二、霍耳效應(yīng)霍爾電勢(shì)差的閱歷公式為：霍爾電勢(shì)差的閱歷公式為： dIBRUHHRH與資料的性與資料的性質(zhì)及環(huán)境溫度質(zhì)及環(huán)境溫度有關(guān)有關(guān)經(jīng)典霍耳效應(yīng)是經(jīng)典霍耳效應(yīng)是1879年德國(guó)物理學(xué)家年德國(guó)物理學(xué)家Hall發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的 霍爾效應(yīng)的緣由：是由于磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)的緣由：是由于磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體

6、半導(dǎo)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力作用所引起的效應(yīng)。內(nèi)的運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力作用所引起的效應(yīng)。正、負(fù)電荷在導(dǎo)體兩側(cè)的積累構(gòu)成附加電場(chǎng)，當(dāng)正、負(fù)電荷在導(dǎo)體兩側(cè)的積累構(gòu)成附加電場(chǎng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所遭到電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)運(yùn)動(dòng)電荷所遭到電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)dBIbHU+qdv+ + + + + - - - - -eFmFBqqEdHvBEdHv得得nqdIBUHnqR1H霍耳系數(shù)霍耳系數(shù)bdqndvSqnIdvHHdUEBbb= v霍耳電壓霍耳電壓設(shè)帶電粒子的濃度為設(shè)帶電粒子的濃度為n，那么電流為：，那么電流為： qnbdIdvdIBRUHH與霍爾電勢(shì)差的閱歷公式與霍爾電勢(shì)差的閱歷公式 比較比較取決于載流子

7、濃度和帶電取決于載流子濃度和帶電的正、負(fù)，可正、可負(fù)。的正、負(fù)，可正、可負(fù)?；舳?yīng)的運(yùn)用霍耳效應(yīng)的運(yùn)用2 2丈量磁場(chǎng)丈量磁場(chǎng)dIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓1 1判別半導(dǎo)體的類型判別半導(dǎo)體的類型nqR1H正、負(fù)取決于載流子的正負(fù)正、負(fù)取決于載流子的正負(fù)q0,UH0,P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體q0,UH0,N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體從霍爾系數(shù)的丈量值的正、負(fù)可以判別導(dǎo)體載從霍爾系數(shù)的丈量值的正、負(fù)可以判別導(dǎo)體載流子的荷電性質(zhì)流子的荷電性質(zhì) 三、盤(pán)旋加速器三、盤(pán)旋加速器勞倫斯利用帶電粒子在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的根勞倫斯利用帶電粒子在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的根本原理，本原理，19321932年制造了世界第一臺(tái)帶電粒子盤(pán)旋年制造了

8、世界第一臺(tái)帶電粒子盤(pán)旋加速器。此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到加速器。此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV1MeV的的能量，為此能量，為此19391939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). . 電粒子盤(pán)旋加速器的制造標(biāo)志著人類可以利電粒子盤(pán)旋加速器的制造標(biāo)志著人類可以利用加速器實(shí)現(xiàn)高能粒子、粒子之間的方向，翻開(kāi)用加速器實(shí)現(xiàn)高能粒子、粒子之間的方向，翻開(kāi)了奧秘的粒子物理學(xué)的大門(mén)。了奧秘的粒子物理學(xué)的大門(mén)。 盤(pán)旋加速器原理圖盤(pán)旋加速器原理圖NSB2D1DO兩個(gè)半圓形的兩個(gè)半圓形的D D形金屬形金屬盒，放置在垂直于盒，放置在垂直于D D形形金屬盒面的磁場(chǎng)中，金屬盒面的磁場(chǎng)中，在兩個(gè)在

9、兩個(gè)D D形金屬盒的間形金屬盒的間隙中施加加速粒子的隙中施加加速粒子的交變電場(chǎng)。交變電場(chǎng)。 金屬盒的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)使金屬盒的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)使得得D D形金屬盒內(nèi)部不受外電形金屬盒內(nèi)部不受外電場(chǎng)的干擾，因此在其中運(yùn)場(chǎng)的干擾，因此在其中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子僅收到磁場(chǎng)動(dòng)的帶電粒子僅收到磁場(chǎng)的作用。的作用。 mqBf2mqBR0v2k21vmE mRBq22022盤(pán)旋共振頻率與粒子的盤(pán)旋共振頻率與粒子的速度與半徑無(wú)關(guān)速度與半徑無(wú)關(guān)電場(chǎng)的變化頻率等于帶電粒子的盤(pán)旋共振頻電場(chǎng)的變化頻率等于帶電粒子的盤(pán)旋共振頻率。確保交變電場(chǎng)使粒子加速、均勻磁場(chǎng)使粒子率。確保交變電場(chǎng)使粒子加速、均勻磁場(chǎng)使粒子盤(pán)旋。盤(pán)旋。加速的帶電粒子在加速的帶電粒子在D D形金屬盒作圓周運(yùn)動(dòng)，形金屬盒作圓周運(yùn)動(dòng)，出射的最大速率為出射的最大速率為出射粒子的最大動(dòng)能為出射粒子的最大動(dòng)能為 我國(guó)于我國(guó)于19941994年建成的第一年建成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽數(shù)十種中短壽命放射性同位命放射性同位素素 . .隨著粒子加速能量的提高，使得粒子的速度隨著粒