磁场对运动电荷作用力 洛仑兹力.pptx

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1、1一、洛仑兹力 磁场对运动电荷施以的磁场力是洛仑兹力。点电荷运动速度点电荷处于场点处的磁感强度点电荷电量洛仑兹力大小为洛仑兹力对施力点电荷不作功第1页/共20页2 二、带电粒子在磁场中运动 1.带电粒子在均匀磁场中运动设均匀磁场磁感应强度为 ，带电粒子质量为m，电量为q，设粒子初速度为 。1）粒子运动方向平行于磁感应强度粒子不受力粒子做匀速直线运动2）粒子运动方向垂直于磁感应强度粒子做匀速圆周运动。第2页/共20页3l 圆周半径回旋半径得半径与垂直磁场的速度成正比。l 粒子运动的周期表明：同种粒子（m/q相同），不管其垂直磁场方向的速度如何，在同样均匀磁场中圆周运动的周期相同。与速度无关l 粒

2、子运动的磁回旋频率由第3页/共20页4 粒子在垂直磁场的平面里做圆周运动同时又沿磁场方向匀速运动 粒子做螺旋运动3）粒子运动速度方向任意 将上述两种情况综合。设粒子初速度与磁感强度之间夹角为。第4页/共20页5 螺旋半径 螺距第5页/共20页6应用 1）电真空器件中的磁聚焦电子枪发射出一束电子，这束电子动能几乎相同，准直装置保证各电子动量几乎平行于磁感线。由于发散角小，所以各电子各螺距相同粒子源A接收器A每经过一个周期，电子束的各电子再会聚。第6页/共20页72）质谱仪同位素分离当各类粒子从狭缝穿出第7页/共20页82.带电粒子在非均匀磁场中运动在非均匀磁场中带电粒子运动的特征。1）向磁场较强

3、方向运动时，螺旋半径不断减小根据是：磁镜2）粒子受到的洛仑兹力 恒有一个指向磁场较弱方向的分力，从而阻止粒子向磁场较强方向的运动，可使粒子沿磁场方向的速度减小到零 从而反向运动。第8页/共20页91）磁约束 在非均匀磁场中，速度方向与磁场不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化横向磁约束:强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近。减少粒子的纵向前进速度，使粒子运动发生“反射”。纵向磁约束:磁镜线圈线圈高温等离子体磁镜效应的典型应用能约束运动带电粒子的磁场分布称为磁镜约束 磁瓶。第9页/共20页10太阳风与磁层第10页/共20页11密度(cm-3)温度(度)太阳核心 磁约束聚 变

4、霓虹灯 北极光 火 焰闪电日冕 氢弹星际空间荧光气体液 体固 体人类居住环境惯性聚变星 云太阳风等离子体参数空间第11页/共20页122）极光由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象。第12页/共20页13 在地磁两极附近，由于磁感线与地面近似垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内。它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光第13页/共20页143）磁流体船B电流BF海水进水出水发动机接发电机IF电极第14页/共20页15三、霍尔效应1.霍尔效应在磁场中，载流导体或半导体上出现横向电势差的现象。2.霍尔电压 霍尔效应中产生的电势差。如上图中导体上下两端面出现电势差。187

5、9年美国物理学家霍尔发现第15页/共20页163.形成机制以载流子为正电荷为例说明,设载流子速度为 。上端积累了正电荷，下端积累了负电荷。l 洛仑兹力使载流子横向漂移,出现电荷积累。IvBbdfLFeVHEl 横向电场力:l 洛伦兹力受力分析:(方向向上)(方向向下)l 洛仑兹力与电场力平衡 时，载流子不再漂移，上下两端形成电势差 。第16页/共20页17由于电荷的积累，形成静电场霍尔电场电荷受电力电势差为当达到动态平衡时：4.霍尔系数 霍尔电阻电流强度n单位体积中的粒子数霍尔系数霍尔电阻第17页/共20页18讨论1）霍尔效应的应用由式l 可测载流子的正负和浓度；l 可测磁感强度 。2）量子霍尔效应 1980年 德国物理学家克里青发现：霍尔电阻与磁场成非线性关系，这一效应叫量子霍尔效应。在极低温、强磁场下克里青（Klitzing）常量1990年定义RK 的测量准确到10-10研究半导体材料性质（浓度随杂质、温度等变化）l 区分半导体材料类型 霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关第18页/共20页19B/Tn=4n=3n=21.39K，25.52A51015量子霍尔效应第19页/共20页第14章 磁力20感谢您的观看！第20页/共20页