《大學(xué)物理學(xué)電子教案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)物理學(xué)電子教案（24頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、大 學(xué) 物 理 學(xué) 電 子 教 案武 警 學(xué) 院 教 學(xué) 課 件洛侖茲力 復(fù) 習(xí)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)34 r rvqB o 高斯定律 S SdB 0安培環(huán)路定理 i ioL IldB 11-5 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力電場(chǎng)力EqFe 磁場(chǎng)力BvqF m 洛侖茲力的方向垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度所組成的平面，且符合右手螺旋定則。帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力BvqEqF q BvFm 洛侖茲(Hendrik Antoon Lorentz, 1853-1928) 1895年，洛侖茲根據(jù)物質(zhì)電結(jié)構(gòu)的假說(shuō)，創(chuàng)立了經(jīng)典電子論。洛侖茲的電磁場(chǎng)理論研究成果，在現(xiàn)代物理中

2、占有重要地位。洛侖茲力是洛侖茲在研究電子在磁場(chǎng)中所受的力的實(shí)驗(yàn)中確立起來(lái)的。 洛侖茲還預(yù)言了正常的塞曼效益，即磁場(chǎng)中的光源所發(fā)出的各譜線，受磁場(chǎng)的影響而分裂成多條的現(xiàn)象中的某種特殊現(xiàn)象。 洛侖茲的理論是從經(jīng)典物理到相對(duì)論物理的重要橋梁，他的理論構(gòu)成了相對(duì)論的重要基礎(chǔ)。洛侖茲對(duì)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)也 有貢獻(xiàn)。荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，因研究磁場(chǎng)對(duì)輻射現(xiàn)象的影響取得重要成果，與塞曼共獲1902年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。 2、速度方向與磁場(chǎng)方向垂直洛侖茲力的大小Bqvf 0方向：垂直與速度的和磁場(chǎng)的方向RvmBqv 200 回旋半徑qBmvR 0回旋周期qBmqBmvvvRT 222 00 回旋頻率mqBTf 21 圓

3、周運(yùn)動(dòng)+ q, m 0vfR 二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、速度方向與磁場(chǎng)方向平行帶電粒子受到的洛侖茲力為零，粒子作直線運(yùn)動(dòng)。 3、速度方向與磁場(chǎng)方向有夾角把速度分解成平行于磁場(chǎng)的分量與垂直于磁場(chǎng)的分量 sincos/ vv vv平行于磁場(chǎng)的方向： F/=0 ， 勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直于磁場(chǎng)的方向： F =qvBsin，勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子作螺旋線向前運(yùn)動(dòng)，軌跡是螺旋線?；匦霃絪inqBmvqBmvR 回旋周期qBmv RT 22 螺距粒子回轉(zhuǎn)一周所前進(jìn)的距離 cos 2/ vqBmTvd h B B螺距d與v無(wú)關(guān)，只與v/成正比，若各粒子的v/相同，則其螺距是相同的，每轉(zhuǎn) 一周粒子都相交于一點(diǎn)，利用

4、這個(gè)原理，可實(shí)現(xiàn)磁聚焦。 *電子的反粒子 電子偶正電子：1930年英國(guó)物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言了正電子的存在，1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森在分析宇宙射線穿過(guò)位于云霧室的鉛塊后的帶電粒子的照片時(shí)，發(fā)現(xiàn)了正電子。 B原理：在高能粒子物理中，常用帶電粒子在云霧室中的軌跡來(lái)觀察和區(qū)分粒子的性質(zhì)。電子偶：理論和實(shí)驗(yàn)都表明，正電子總是伴隨著電子一起出現(xiàn)的，猶如成對(duì)成雙的配偶，故稱之為電子正電子偶，簡(jiǎn)稱電子偶或電子對(duì)。 *帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子進(jìn)入軸對(duì)稱會(huì)聚磁場(chǎng)，由于磁場(chǎng)的不均勻，洛侖茲力的大小要變化，所以不是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。且半徑逐漸變小。xBy使沿磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)被抑，而被迫反轉(zhuǎn)。象被“反射”

5、回來(lái)一樣磁鏡。* 應(yīng)用：磁約束用于受控 熱核反應(yīng)中 地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱，能夠捕獲來(lái)自宇宙射線的的帶電粒子，在兩極之間來(lái)回振蕩。1958年，探索者一號(hào)衛(wèi)星在外層空間發(fā)現(xiàn)被磁場(chǎng)俘獲的來(lái)自宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)的質(zhì)子層和電子層Van Allen輻射帶 三、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)舉例1、電子比荷（e /m）的測(cè)定引言：電子的電量和質(zhì)量是電子基本屬性，對(duì)電子的電量、質(zhì)量和兩者的比值(即比荷)的測(cè)定有重要的意義。1897年J.J. Thomson在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電子比荷，為此1906年獲Nobel物理獎(jiǎng)。實(shí)驗(yàn)裝置原理加速電子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)與磁場(chǎng)區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn) 1220 2 LLDyBEme y結(jié)論對(duì)于速度

6、不太大的電子1110 kgC10759.1 me 2、質(zhì)譜儀引言：是用物理方法分析同位素的儀器，由英國(guó)物理學(xué)家與化學(xué)家阿斯頓于1919年創(chuàng)造，當(dāng)年發(fā)現(xiàn)了氯與汞的同位素，以后幾年又發(fā)現(xiàn)了許多同位素，特別是一些非放射性的同位素，為此，阿斯頓于1922年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。原理圖速度選擇器A B 3Sq vB E+ 1S2S從離子源出來(lái)的離子經(jīng)過(guò)S1、S2加速進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)空間，若粒子帶正電荷+q，則電荷所受的力有：洛侖茲力：qvB電場(chǎng)力 ： qE若粒子能進(jìn)入下面的磁場(chǎng)qvB=qE BEv 速度選擇器 若每個(gè)離子所帶電量相等，由譜線的位置可以確定同位素的質(zhì)量。由感光片上譜線的黑度，可以確定同位素的相對(duì)含

7、量。質(zhì)譜分析：帶電粒子 經(jīng)過(guò)速度選擇器后，進(jìn)入磁場(chǎng)B中做圓周運(yùn)動(dòng)，半徑R為A B 3Sq vB E+ 1S2SRvmBqv 2 vRBqm 鍺的質(zhì)譜 3、 回旋加速器美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于1934年研制成功第一臺(tái)加速器勞倫斯于1939年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 結(jié)構(gòu)：密封在真空中的兩個(gè)金屬盒（D1和D2）放在電磁鐵兩極間的強(qiáng)大磁場(chǎng)中，兩盒間接有交流電源，它在縫隙里的交變電場(chǎng)用以加速帶電粒子。目的：用來(lái)獲得高能帶電粒子轟擊原子核或其它粒子，觀察其中的反應(yīng)，研究原子核或其它粒子的性質(zhì)。原理：使帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)作用下，往復(fù)加速達(dá)到高能。 交變電場(chǎng)的周期恰好為回旋周期時(shí)粒子繞過(guò)半圈恰好電場(chǎng)反向，粒子又被加

8、速。因?yàn)榛匦芷谂c半徑無(wú)關(guān)，所以粒子可被反復(fù)加速，至用致偏電極將其引出。回旋頻率mqBf 2當(dāng)粒子到達(dá)半圓邊緣時(shí)，粒子的速率為（ R 0為最大半徑）mqBRv 0粒子動(dòng)能mRBqmBqRmmvEk 22121 2022202 理論增大電磁鐵的截面，可以增大粒子的能量實(shí)際比較困難演示 蘭州重離子加速器北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)合肥同步輻射加速器我國(guó)最大的三個(gè)加速器 4、霍耳效應(yīng)1879年霍耳發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳效應(yīng)。相應(yīng)的電勢(shì)差稱為霍耳電壓?，F(xiàn)象實(shí)驗(yàn)規(guī)律在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電壓與電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，

9、而與導(dǎo)電板的厚度d 成反比 dBIRU HHI + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _+ + + + +- - - - -E B bd dbuH IB Hu B 假設(shè)載流子是負(fù)電荷，定向漂移速度為vd與電流反向，磁場(chǎng)中的洛侖茲力使載流子運(yùn)動(dòng)，形成霍耳電場(chǎng)。電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡時(shí)電子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而形成橫向電勢(shì)差。 dnqbdvI BqvqE dH dH BvEdH BvbUnqbdIvdnqdBIUHnqRH 1dBIRU HH霍耳系數(shù) B + + +HEdv If霍耳效應(yīng)的經(jīng)典解釋 HU B 霍耳效應(yīng)的應(yīng)用半導(dǎo)體的載流子濃度小于金屬電子的濃度，且容易受溫度、雜

10、質(zhì)的影響，所以霍耳系數(shù)是研究半導(dǎo)體的重要方法之一。判定載流子類型測(cè)量載流子濃度測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量電流測(cè)量溫度1980年，德國(guó)物理學(xué)家克利青在研究低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)下半導(dǎo)體的霍耳效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)U HB的曲線出現(xiàn)臺(tái)階，而不是線性關(guān)系量子霍耳效應(yīng)。為此克利青于1985年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)與分?jǐn)?shù)電荷的存在與否有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)機(jī)械損耗，可以提高效率，缺點(diǎn)：尚存在技術(shù)問(wèn)題有待解決。 +B+ + + HEdvf I B + + +HEdv If *磁流體發(fā)電氣體在3000K高溫下將發(fā)生電離，成為正、負(fù)離子，將高溫等離子氣體以1000m/s的速度進(jìn)入均勻磁場(chǎng)B中+ + + 高溫等離子氣B+ vmfmf vI 正電荷聚集在上板，負(fù)電荷聚集在下板，因而可向外供電。 小 結(jié)帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的力BvqFm 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場(chǎng)方向平行直線運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場(chǎng)方向垂直圓周運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場(chǎng)方向有夾角螺旋運(yùn)動(dòng)速度選擇器霍耳效應(yīng)現(xiàn)象、規(guī)律、理論解釋和應(yīng)用 作業(yè)：思考題： P174 13，16，17，18習(xí) 題： P180 19，22，24，25預(yù) 習(xí)： 11-6，11-7