【高中物理】安培力与洛仑兹力专题：带电粒子在电磁场中的运动 高二物理人教版（2019）选择性必修第二册

1带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力磁场力（洛伦兹力）运动电荷在电场和磁场中受的力+专题：

带电粒子在电磁场中的运动2一.带电粒子在磁场中运动举例1

回旋半径和回旋频率32

磁聚焦（洛伦兹力不做功）洛伦兹力

与不垂直螺距4

磁聚焦在均匀磁场中点A

发射一束初速度相差不大的带电粒子,它们的与之间的夹角不同,但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等,相交于屏上同一点,此现象称为磁聚焦.

应用电子光学,电子显微镜等.53电子的反粒子电子偶显示正电子存在的云室照片及其摹描图铅板正电子电子1930年狄拉克预言自然界存在正电子

磁约束由于回旋半径与磁感应强度成反比，因此磁场越强，回旋半径越小，带电粒子被约束在磁感应线附近，只能沿磁感线作纵向移动，一般不能横向跨越，这种利用磁场将带电粒子约束在一定范围内的方法称为磁约束。

图

磁镜

图

磁约束

应用（核聚变）可控热核反应为了避免高温等离子体（温度可以达到上亿度）融化器壁，常采用闭合环形磁约束结构（托卡马克装置）把高温等离子体束缚在有限的空间区域内，从而实现热核反应。参与聚变反应的粒子将不断沿环形磁感线方向旋进，但不与器壁接触，从而实现对高温等离子体的磁约束。磁约束托可马克装置——用于受控热核反应中磁瓶

地磁场——天然的磁镜捕集器范.阿伦辐射带——由地磁场所俘获的带电粒子（绝大部分为质子和电子）组成内辐射带：～103Km外辐射带：～104Km生活在地球上的人类及其他生物都应十分感谢这个天然的磁镜约束，正是靠它才将来自宇宙空间、能致生物于死地的各种高能射线或粒子捕获，使人类和其他生物不被伤害，得以安全地生存下来。111

质谱仪7072737476锗的质谱...................................................................-+速度选择器照相底片质谱仪的示意图二.带电粒子在电场和磁场中的运动把底片换成收集装置，可作为同位素分离器应用：分析同位素相对含量，获得同位素产品等2

荷质比的测定磁聚焦法1897年J.J.Thomson测定荷质比的方法装置和原理利用磁力和电力平衡测出电子流速度切断电场，使电子流只在磁场中运动第一次发现了电子，是具有开创性的实验发现该荷质比约比氢离子荷质比大2000倍用不同的金属做实验做出来比值一样说明带电质粒是比原子更小的质粒，后来这种质粒被称为电子，1909年，Milikan测电荷，发现各种各样的电荷总是某一个值的整数倍——发现电荷量子化1904年Kaufmann发现荷质比随速度变化，那么究竟是荷还是质随速度变化？

荷随速度变化？否！对电中性物质加热，电子速度的变化会破坏电中性——实际没有应该是质随速度变化荷质比测量的意义电子是第一个被发现的基本粒子

搞清楚什么是电

发现了速度效应提供狭义相对论的重要实验基础现代实验测量电子的荷质比是16三.回旋加速器的基本原理1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室.

此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.17频率与半径无关到半圆盒边缘时回旋加速器原理图NSBO~N18

我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素.经典霍耳效应

1879年德国物理学家Hall发现的

量子Hall效应

1980年，德国物理学家冯.克利青发现

分数量子Hall效应

1982年，普林斯顿大学的美籍华裔教授崔琦和德籍物理学家施特默发现四.霍耳效应20经典霍耳效应21霍耳系数I霍耳电压++++

+

+-----22I++++---P型半导体+-霍耳效应的应用（2）测量磁场霍耳电压（1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-23

量子霍尔效应（1980年）

霍耳电阻1980年，德国物理学家冯.克利青等人在低温强磁场条件下测量一批半导体样品的Hall电阻RH时发现Hall电阻的这些平台值与样品性质无关量子Hall效应的发现，再次显示出在固体中电子运动的量子效应在低温条件下有更明显的表现通过量子Hall效应的实验还能够精确地测定普适常量

h/e2，这一常量也可以用来作为电阻标准获1985年诺贝尔奖

1982年，普林斯顿大学的美籍华裔教授崔琦等人在研究