7 8磁场对运动电荷作用力

1一、洛仑兹力n-----电荷数密度,v----电荷定向运动速度Idl受的安培力电流定义S§10-7(§10-8)

磁场对运动电荷的作用—霍尔效应2－Idl中的运动电荷数每个带电粒子受到的磁场力－洛仑兹力洛仑兹力：S31、矢量式洛仑兹力：注意：q有正有负。方向：42、洛仑兹力特点1）F洛不作功，也不改变运动电荷速度大小，只是改变运动方向，使路径发生弯曲。2）v＝0，3、运动电荷在磁场中运动情况1）在磁场中做匀速直线运动。F洛＝0，磁场对静止电荷无作用。52）洛仑兹力提供向心力，电荷作匀速率圆周运动。6螺距3）作螺旋线运动。（以自由电子为例）7回旋加速器（1939年）电子显微镜（1986年）量子霍尔效应（1985年）分数量子霍尔效应（1998年）四个诺贝尔物理奖：二、带电粒子在磁场中的运动

因为电磁学方程是洛仑兹协变的，所以洛仑兹力满足力的相对论变换。洛仑兹力81、回旋加速器（cyclotron）q

mvfR×B

电子回旋周期与速度无关，所以带电粒子每次经过缝隙（电场区域）均被加速。~

BBD形金属空腔带电粒子9回旋加速器原理图NSBO~N102、磁聚焦—电子显微镜螺距：（匀速运动）（圆周运动）螺旋线带电粒子每回旋一周所前进的距离d与v

无关。带电粒子11应用：电子光学,电子显微镜等.

磁聚焦在均匀磁场中某点A发射一束初速相差不大的带电粒子，它们的与之间的夹角不尽相同，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，都相交于屏上同一点，此现象称之为磁聚焦。12螺距：均匀磁场中螺距相同的电子被聚焦：

实际中用得更多的是短线圈产生的非均匀磁场的磁聚焦作用，这种线圈通常称为磁透镜，它在电子显微镜中起了与光学仪器中的透镜类似的作用。133、磁约束横向磁约束：

磁场越强，半径越小。在强磁场中，带电粒子被约束在一根磁感应线附近很小范围内，只能沿磁感应线作纵向运动。受控热核反应等离子体磁约束14纵向磁约束：

带电粒子会像光在两面镜子间来回反射那样，被限制在两磁镜之间的范围内。磁场由弱到强的配置称为磁镜。磁镜磁镜带电粒子15

在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，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16霍耳效应4、霍尔（Hall）效应由于洛仑兹力作用，处于磁场中的载流导体内部产生一横向电场和横向电压的现象。1)现象：17在霍尔效应中，霍尔电阻与B

成正比。IBbdv+qf++++++++++++++-----------UH霍尔电阻：霍尔电压2)实验规律：RH－霍耳系数，由材料性质决定。3)理论解释：18霍尔器件：检测载流子、测弱磁场等。【思考】载流子换成电子，UH的方向？IBv-e—++++++++++++++-----------f与正载流子情况相比，UH反向！194)霍耳效应的应用(2)测量n，研究半导体载流子的浓度。(1)判断半导体的类型I++++---P型半导体+-+++---N型半导体-I+-霍耳电压20KMNR(4)磁流体发电基本原理示意图

高温高速的等离子气体

垂直于气流的方向上加有磁场

电极上获得连续输出的电能

导电管霍耳电势差(3)测量磁场（高斯计）霍耳电压21用电场使电子局限于半导体表面，形成二维电子气。霍尔电阻量子化：5、量子霍尔效应

2条件1）低温（~K）2）强磁场（~10T）1发现1980年，德国物理学家冯•克利青（K.Von.Klitzing）从金属—氧化物半导体场效应管中发现了量子霍耳效应（1985’NobelPrize）（一）整数量子霍耳效应22量子霍尔效应曲线BRH234经典霍尔电阻23磁场变化时霍尔电阻以台阶形式变化台阶高度等于物理常数h/e2

除以整数n。h/e2

25k

。下面带峰的曲线表示欧姆电阻，在每个平台处趋于消失。234量子霍尔效应24（二）分数量子霍耳效应1发现2条件1）更低温度2）更强磁场，3表达式崔琦1998诺贝尔物理学奖分数量子霍耳效应崔琦（D.C.Tsui）和施特默1982年发现分数量子霍尔效应

(1998’NobelPrize)251/32/51320.1K分数量子霍尔效应崔琦和施特默19821998’NobelPrize261998年诺贝尔物理学奖获得者之—崔琦美籍华人DanielC.Tsui1939生于河南分数量子霍尔效应27例1、带正电荷q的离子以速度沿+x轴方向运动，磁场沿+y轴，应加多大数值和什么方向的电场，才能使离子不发生偏转？

(A)E=B,;沿-y轴;

(B)E=VB,沿-y轴;

(C)E=VB,;沿-Z轴;

(D)E=B,;沿-Z轴答案:(C)xyz28例2、带负电荷q的离子以速度沿+x轴方向运动，磁场沿+y轴，应加多大数值和什么方向的电场，才能使离子不发生偏转？

(A)E=VB,;沿+y轴;

(B)E=VB,沿-y轴;

(C)E=VB,;沿-Z轴;

(D)E=VB,;沿+Z轴答案:(C)X(v)Y(B)z29例3：如图所示，一电