电磁学4-4.ppt

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1、一、洛仑兹力磁场对运动电荷的作用力称为洛仑兹力。实验表明:1当带电粒子沿磁场方向运动时当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时一般情况下，如果带电粒子运动的方向与磁场方向成夹角时。++洛伦兹力大小：方向：垂直于运动电荷的速度和磁感应强度所组成的平面，且符合符合右手螺旋定则。洛仑兹力总是和带电粒子运动速度相垂直这一事实说明磁力只能使带电粒子的运动方向偏转，而不会改变其速度的大小，因此磁力对运动带电粒子所作的功恒等于零。这是洛仑兹力的一个重要特征。2+1.设有一均匀磁场，磁感应强度为，一电荷量为、质量为的粒子，以初

2、速进入磁场中运动。（1）如果与相互平行粒子作匀速直线运动。（2）如果与垂直粒子作匀速圆周运动。二、带电粒子在磁场中的运动3轨道半径对于一定的带电粒子（即一定），其轨道半径与带电粒子的运动速度成正比，而与磁感应强度成反比。速度愈小，洛仑兹力也愈小，轨道弯曲的愈厉害。4周期周期与带电粒子的运动速度无关。这一特点是磁聚焦和回旋加速器的理论基础。（3）如果与斜交成角5粒子作螺旋运动。螺距只和平行于磁场的速度分量有关而和垂直磁场的速度分量无关。螺距62.带电粒子在非均匀磁场中运动7（1）会聚磁场中作螺旋运动的带正电的

3、粒子掉向返转（2）磁约束装置若空间除了存在磁场外，还存在电场，则电场和磁场对运动电荷的作用力为：洛仑兹公式三、回旋加速器的基本原理回旋加速器是用来获得高能带电粒子的设备。2.使带电粒子在电场的作用下得到加速。使带电粒子在磁场的作用下作回旋运动。基本性能89粒子的动能轨道半径粒子引出速度加速器10四、汤姆逊实验11测量电子荷质比的汤姆孙实验五、质谱仪12质谱仪是用物理方法分析同位素的重要仪器。也是测定离子比荷的仪器。它是由英国的化学家和物理学家阿斯顿在1919年创制的，并用它发现了氯和汞许多同位素。为此，他获得

4、了1922年诺贝尔化学奖。从离子源产生的离子，经过狭缝S1和S2之间的电场加速，进入速度选择器。从速度选择器射出的粒子进入与其速度方向垂直的均匀磁场中，最后，不同质量的离子打在底片上不同位置处。冲洗底片，得到该元素的各种同位素按质量排列的线系(质谱)。(1)速度与磁场垂直时，粒子轨道半径为对于同位素的离子，带电量应相同，因此，轨道半径仅仅由质量决定。每种同位素在底片上的位置不同，构成了质谱。如果底片上有三条线系，则元素应有三种对应的同位素。13(2)离子通过速度选择器的速度为只有上面速度的离子能通过速度选择器

5、。(3)某元素的一种同位素，速度和轨道半径分别为谱线位置与速度选择器的轴线间的距离应为轨道直径，即14同位素的质量为六、霍耳效应量子霍耳效应霍耳霍耳效应15在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差。16实验指出，在磁场不太强时，霍耳电势差电流强度和磁感应强度成正比，与板的宽成反比。称为霍耳系数，仅与材料有关。导体中运动的载流子在磁场中受到洛仑兹力发生偏转，正负载流子受到的洛仑兹力刚好相反，在

6、板的上下底面积累了正负电荷，建立了电场，形成电势差。导体中载流子的平均定向速率为，则受到洛仑兹力为，上下两板形成电势差后，载流子还受到一个与洛仑兹力方向相反的电场力，二力平衡时有17设载流子浓度为，则电流强度与载流子定向速率的关系为霍耳系数18实验测定霍耳电势差或霍耳系数，不仅可以判定载流子的正负，还可以测定载流子的浓度。即单位体积中的载流子数n。霍耳系数的正负决定于载流子的正负性质或1980年又发现，在极低温度和强磁场下，宏观霍耳电压和电阻将呈量子化变化，这种宏观量子效应称为量子霍耳效应。霍耳效应在工业生产

7、中已有广泛应用。19例如，根据霍耳效应的电势差来测量磁感应强度、电流，还可以用来测量压力、转速等。在自动控制和计算技术等方面，霍耳效应的应用也越来越广泛。