【高中物理】安培力與洛侖茲力專題：帶電粒子在電磁場中的運動 高二物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

1帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力磁場力（洛倫茲力）運動電荷在電場和磁場中受的力+專題：

帶電粒子在電磁場中的運動2一.帶電粒子在磁場中運動舉例1

回旋半徑和回旋頻率32

磁聚焦（洛倫茲力不做功）洛倫茲力

與不垂直螺距4

磁聚焦在均勻磁場中點A

發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子,它們的與之間的夾角不同,但都較小,這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動,因螺距近似相等,相交于屏上同一點,此現(xiàn)象稱為磁聚焦.

應(yīng)用電子光學,電子顯微鏡等.53電子的反粒子電子偶顯示正電子存在的云室照片及其摹描圖鉛板正電子電子1930年狄拉克預言自然界存在正電子

磁約束由于回旋半徑與磁感應(yīng)強度成反比，因此磁場越強，回旋半徑越小，帶電粒子被約束在磁感應(yīng)線附近，只能沿磁感線作縱向移動，一般不能橫向跨越，這種利用磁場將帶電粒子約束在一定范圍內(nèi)的方法稱為磁約束。

圖

磁鏡

圖

磁約束

應(yīng)用（核聚變）可控熱核反應(yīng)為了避免高溫等離子體（溫度可以達到上億度）融化器壁，常采用閉合環(huán)形磁約束結(jié)構(gòu)（托卡馬克裝置）把高溫等離子體束縛在有限的空間區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)熱核反應(yīng)。參與聚變反應(yīng)的粒子將不斷沿環(huán)形磁感線方向旋進，但不與器壁接觸，從而實現(xiàn)對高溫等離子體的磁約束。磁約束托可馬克裝置——用于受控熱核反應(yīng)中磁瓶

地磁場——天然的磁鏡捕集器范.阿倫輻射帶——由地磁場所俘獲的帶電粒子（絕大部分為質(zhì)子和電子）組成內(nèi)輻射帶：～103Km外輻射帶：～104Km生活在地球上的人類及其他生物都應(yīng)十分感謝這個天然的磁鏡約束，正是靠它才將來自宇宙空間、能致生物于死地的各種高能射線或粒子捕獲，使人類和其他生物不被傷害，得以安全地生存下來。111

質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜...................................................................-+速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖二.帶電粒子在電場和磁場中的運動把底片換成收集裝置，可作為同位素分離器應(yīng)用：分析同位素相對含量，獲得同位素產(chǎn)品等2

荷質(zhì)比的測定磁聚焦法1897年J.J.Thomson測定荷質(zhì)比的方法裝置和原理利用磁力和電力平衡測出電子流速度切斷電場，使電子流只在磁場中運動第一次發(fā)現(xiàn)了電子，是具有開創(chuàng)性的實驗發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大2000倍用不同的金屬做實驗做出來比值一樣說明帶電質(zhì)粒是比原子更小的質(zhì)粒，后來這種質(zhì)粒被稱為電子，1909年，Milikan測電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是某一個值的整數(shù)倍——發(fā)現(xiàn)電荷量子化1904年Kaufmann發(fā)現(xiàn)荷質(zhì)比隨速度變化，那么究竟是荷還是質(zhì)隨速度變化？

荷隨速度變化？否！對電中性物質(zhì)加熱，電子速度的變化會破壞電中性——實際沒有應(yīng)該是質(zhì)隨速度變化荷質(zhì)比測量的意義電子是第一個被發(fā)現(xiàn)的基本粒子

搞清楚什么是電

發(fā)現(xiàn)了速度效應(yīng)提供狹義相對論的重要實驗基礎(chǔ)現(xiàn)代實驗測量電子的荷質(zhì)比是16三.回旋加速器的基本原理1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室.

此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學獎.17頻率與半徑無關(guān)到半圓盒邊緣時回旋加速器原理圖NSBO~N18

我國于1994年建成的第一臺強流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素.經(jīng)典霍耳效應(yīng)

1879年德國物理學家Hall發(fā)現(xiàn)的

量子Hall效應(yīng)

1980年，德國物理學家馮.克利青發(fā)現(xiàn)

分數(shù)量子Hall效應(yīng)

1982年，普林斯頓大學的美籍華裔教授崔琦和德籍物理學家施特默發(fā)現(xiàn)四.霍耳效應(yīng)20經(jīng)典霍耳效應(yīng)21霍耳系數(shù)I霍耳電壓++++

+

+-----22I++++---P型半導體+-霍耳效應(yīng)的應(yīng)用（2）測量磁場霍耳電壓（1）判斷半導體的類型+++---N型半導體-I+-23

量子霍爾效應(yīng)（1980年）

霍耳電阻1980年，德國物理學家馮.克利青等人在低溫強磁場條件下測量一批半導體樣品的Hall電阻RH時發(fā)現(xiàn)Hall電阻的這些平臺值與樣品性質(zhì)無關(guān)量子Hall效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，再次顯示出在固體中電子運動的量子效應(yīng)在低溫條件下有更明顯的表現(xiàn)通過量子Hall效應(yīng)的實驗還能夠精確地測定普適常量

h/e2，這一常量也可以用來作為電阻標準獲1985年諾貝爾獎

1982年，普林斯頓大學的美籍華裔教授崔琦等人在研究