最新太原理工大学物理李孟87带电粒子在电场和磁场中运动的应用ppt课件.ppt

太原理工《大学物理》李孟春太原理工《大学物理》李孟春-§8-7-§8-7带电粒子在电场和磁场带电粒子在电场和磁场中运动的应用中运动的应用 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 J.J.Thomson在剑桥卡文迪许实验室从事在剑桥卡文迪许实验室从事X射射线和稀薄气体放电的研究工作时，通过电场和磁线和稀薄气体放电的研究工作时，通过电场和磁场对阴极射线的作用，得出了这种射线不是以太场对阴极射线的作用，得出了这种射线不是以太波而是物质的质粒的结论，测出这些质粒的荷质波而是物质的质粒的结论，测出这些质粒的荷质比比( (电荷与质量之比），发现了电子电荷与质量之比），发现了电子一、荷质比的测定一、荷质比的测定 荷质比是荷质比是18971897年年J.J.Thomson 测定的，虽然测定的，虽然当时已有大西洋电缆，但对什么是电尚不清楚，当时已有大西洋电缆，但对什么是电尚不清楚，有人认为电是以太的活动有人认为电是以太的活动 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系 太原理工大学物理系太原理工大学物理系得得霍耳系数霍耳系数霍耳电压霍耳电压设带电粒子的浓度为设带电粒子的浓度为n，则电流为：，则电流为： 与霍尔电势差的经验公式与霍尔电势差的经验公式 比较比较取决于载流子浓度和带电取决于载流子浓度和带电的正、负，可正、可负。

的正、负，可正、可负 太原理工大学物理系太原理工大学物理系霍耳效应的应用霍耳效应的应用2 2））测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压1 1））判断半导体的类型判断半导体的类型正、负取决于载流子的正负正、负取决于载流子的正负q>0,UH>0,P型半导体型半导体q<0,UH<0,N型半导体型半导体从霍尔系数的测量值的正、负可以判断导体载从霍尔系数的测量值的正、负可以判断导体载流子的荷电性质流子的荷电性质  太原理工大学物理系太原理工大学物理系三、回旋加速器三、回旋加速器　　劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的基　　劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的基本原理，本原理，1932年制造了世界第一台带电粒子回旋年制造了世界第一台带电粒子回旋加速器此加速器可将质子和氘核加速到加速器此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的的能量，为此能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖. .　　 电粒子回旋加速器的制造标志着人类可以利电粒子回旋加速器的制造标志着人类可以利用加速器实现高能粒子、粒子之间的方向，打开用加速器实现高能粒子、粒子之间的方向，打开了神秘的粒子物理学的大门。

了神秘的粒子物理学的大门  太原理工大学物理系太原理工大学物理系回旋加速器原理图回旋加速器原理图两个半圆形的两个半圆形的D形金属形金属盒，放置在垂直于盒，放置在垂直于D形形金属盒面的磁场中，金属盒面的磁场中，在两个在两个D形金属盒的间形金属盒的间隙中施加加速粒子的隙中施加加速粒子的交变电场交变电场 金属盒的电场屏蔽效应使得金属盒的电场屏蔽效应使得D形金属盒内部不受外电场形金属盒内部不受外电场的干扰，因此在其中运动的的干扰，因此在其中运动的带电粒子仅收到磁场的作用带电粒子仅收到磁场的作用 NSBO~ 太原理工大学物理系太原理工大学物理系回旋共振频率与粒子的回旋共振频率与粒子的速度与半径无关速度与半径无关　　电场的变化频率等于带电粒子的回旋共振频　　电场的变化频率等于带电粒子的回旋共振频率确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子率确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子回旋　　加速的带电粒子在　　加速的带电粒子在D形金属盒作圆周运动，形金属盒作圆周运动，出射的最大速率为出射的最大速率为出射粒子的最大动能为出射粒子的最大动能为  太原理工大学物理系太原理工大学物理系 我国于我国于19941994年建成的第一年建成的第一台强流质子加台强流质子加速器，可产生速器，可产生数十种中短寿数十种中短寿命放射性同位命放射性同位素素 . . 太原理工大学物理系太原理工大学物理系　　随着粒子加速能量的提高，使得粒子的速度　　随着粒子加速能量的提高，使得粒子的速度非常大，此时需要考虑相对论效应：非常大，此时需要考虑相对论效应： 此时带电粒子的回旋周期：此时带电粒子的回旋周期： 与粒子速率相关，回旋加速器不可能把粒子加速与粒子速率相关，回旋加速器不可能把粒子加速到很高的速率．到很高的速率．。