[中學(xué)教育]一帶電粒子在電場和磁場中所受的力ppt課件

1、青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義xyzo一帶電粒子在電場和磁場中所受的力一帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力電場力EqFe磁場力磁場力BqF vm+qvBmFBqEqFv 運動電荷在電運動電荷在電場和磁場中受的力場和磁場中受的力 方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由經(jīng)小于由經(jīng)小于 的角彎向的角彎向 ，拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向.Bv180稱為洛侖茲力稱為洛侖茲力(Lorentz force)青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義T15. 0T101 . 3106 .

2、 1104 . 761914vqFB 例例 1 一質(zhì)子沿著與磁場垂直的方向運動一質(zhì)子沿著與磁場垂直的方向運動, 在在某點它的速率為某點它的速率為 . 由實驗測得這時由實驗測得這時質(zhì)子所受的洛侖茲力為質(zhì)子所受的洛侖茲力為 .求該點的磁求該點的磁感強度的感強度的 大小大小.16sm101 . 3N104 . 714解解 由于由于 與垂直與垂直 ，可得，可得vB問問 1洛侖茲力作不作功？洛侖茲力作不作功？2負(fù)電荷所受的洛侖茲力方向？負(fù)電荷所受的洛侖茲力方向？dd0WFl青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf211 . 盤旋半徑

3、和盤旋頻率盤旋半徑和盤旋頻率二帶電粒子在磁場中運動舉例二帶電粒子在磁場中運動舉例青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義2 . 電子的反粒子電子的反粒子(antiparticle) 電子偶電子偶(electron pair)顯示正電顯示正電子存在的子存在的云室照片云室照片及其摹描及其摹描圖圖鋁板鋁板正電子正電子電子電子B1930年狄年狄拉克預(yù)言拉克預(yù)言自然界存自然界存在正電子在正電子青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義3 . 磁聚焦磁聚焦(magnetic focusing)洛侖茲力不做功洛侖茲力不做功vvv/sinvv 洛侖茲力洛侖茲力 BqFvm 與與 不垂直不垂直Bv

4、cosvv/qBmT2qBmRvqBmd2cosvTv/螺距螺距青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義 運用運用 電子光學(xué)電子光學(xué) , 電子顯微鏡等電子顯微鏡等 . 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場中某點在均勻磁場中某點 A 發(fā)射一束初速相發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子差不大的帶電粒子, 它們的它們的 與與 之間的夾角之間的夾角 不盡一樣不盡一樣 , 但都較小但都較小, 這些粒子沿半徑不同的螺旋這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動線運動, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一點都相交于屏上同一點, 此此景象稱之為磁聚焦景象稱之為磁聚焦 .0vB青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物

5、理講義. . . . . . . .+-A AK+dL. . . . . . .1p2p. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .三帶電粒子在電場和磁場中運動舉例三帶電粒子在電場和磁場中運動舉例1 . 電子比荷電子比荷(也叫荷質(zhì)比也叫荷質(zhì)比:charge mass ratio)的測定的測定速度選擇器速度選擇器BeEe0vBE0v青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義20e212121vLmeEaty0evvLmeEaty20e0arctanarctanvvvmeELy20e2tanvLdmeEdy1p2pdL+-1y2yoyx0

6、v青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義20e20e2121vvLdmeELmeEyyy20e2tanvLdmeEdy20e212121vLmeEaty1p2pdL+-1y2yoyx0v青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義1p2pdL+-1y2yoyx0v2220eLLdEmeyv1220e2LLdyEmevBE0v上述計算上述計算 的條件的條件cv122e2LLdyBEme電子電子比荷比荷青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義2 . 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(mass spectrometer)RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜.1p2p+

7、-2s3s1s速度選擇器速度選擇器照相底片照相底片質(zhì)譜儀的表示圖質(zhì)譜儀的表示圖/E BvmRqBv青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義3 . 盤旋加速器盤旋加速器(cyclotron) 1932年勞倫斯研制第一臺盤旋加速器的年勞倫斯研制第一臺盤旋加速器的D型室型室. 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，為此為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎.青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義mqBf2頻率與半徑無關(guān)頻率與半徑無關(guān)到半圓盒邊緣時到半圓盒邊緣時mRBqE22022k盤旋加速器原理圖盤旋加速器原理圖N

8、SB2D1DON0qBRmv產(chǎn)生加速電場的交產(chǎn)生加速電場的交變電流頻率與該頻變電流頻率與該頻率一樣。率一樣。青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義 我國于我國于1994年建年建成的第一成的第一臺強流質(zhì)臺強流質(zhì)子加速器子加速器 ，可產(chǎn)生數(shù)可產(chǎn)生數(shù)十種中短十種中短壽命放射壽命放射性同位素性同位素 .青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義 例例 2 有一盤旋加有一盤旋加 速器，他速器，他 的交變的交變 電壓的電壓的 頻率頻率為為 ，半圓形電極的半徑為，半圓形電極的半徑為0.532m . 問問 加速加速氘核所需的磁感應(yīng)強度為多大？氘核所能到達(dá)的最大氘核所需的磁感應(yīng)強度為多大？氘核所

9、能到達(dá)的最大動能為多大？其最大速率有多大？知氘核的質(zhì)量動能為多大？其最大速率有多大？知氘核的質(zhì)量為為 ，電荷為，電荷為 . Hz10126kg103 . 327C106 . 119解解 由粒子的盤旋頻率公式，可得由粒子的盤旋頻率公式，可得T56. 1T106 . 11012103 . 31962722BqmfMeV7 .1622022kmRBqE170sm1002. 4mqBRv青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義霍 耳 效 應(yīng)4 . 霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)(Hall effect)穩(wěn)定后穩(wěn)定后emFF HqE dqBv即即青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義青島科技大學(xué)大學(xué)物理講義dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvS