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1、11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动布置作业布置作业练习五（练习五（3）、（）、（6）、（）、（7）11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动一、洛仑兹力一、洛仑兹力 10-7 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 霍尔效应霍尔效应1、安培定律的微观机制：、安培定律的微观机制：（1）带电粒子在磁场中受到磁力；）带电粒子在磁场中受到磁力；（2）载流导体受力是由于电子受磁力后与晶格正离）载流导体受力是由于电子受磁力后与晶格正离 子碰撞，把力传给导体而导致的。子碰撞，把力传给导体而导致的。运动电荷在磁场中所受的力运动电
2、荷在磁场中所受的力称为洛仑兹力称为洛仑兹力11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动n-电荷数密度电荷数密度v-电荷定向运动速度电荷定向运动速度Idl受的安培受的安培力力电流定义电流定义S11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动Idl中的运动电荷数中的运动电荷数每个带电粒子受到的磁场力每个带电粒子受到的磁场力洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力：洛仑兹力：S11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动注意：注意：q有正有负。有正有负。方向：方向：1、洛仑兹力洛仑兹力表达式表达式大小：大小：11 11 5
3、5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动2、洛仑兹力特点、洛仑兹力特点1）F洛洛不作功，也不改变运动电荷不作功，也不改变运动电荷速度大小，只是改变方向，使路径发生弯曲。速度大小，只是改变方向，使路径发生弯曲。2）v0，3、运动电荷在磁场中运动情况、运动电荷在磁场中运动情况1）在磁场中做匀速直线运动。在磁场中做匀速直线运动。F洛洛0，磁场对静止电荷无作用。，磁场对静止电荷无作用。11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动2）洛仑兹力提供向心力，洛仑兹力提供向心力，作作匀速率圆周运动。匀速率圆周运动。11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的
4、运动带电粒子在电场和磁场中的运动回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSBON11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动螺距螺距3）作作螺旋线运动。螺旋线运动。（以自由电子为例）（以自由电子为例）11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 应用应用 电子光学电子光学 , 电子显微镜等电子显微镜等 . 磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点 A 发射一束初速相发射一束初速相差不大的带电粒子差不大的带电粒子, 它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不尽相同不尽相同 , 但都较小但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋这些粒子沿
5、半径不同的螺旋线运动线运动, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点, 此此现象称之为磁聚焦现象称之为磁聚焦 .11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动二、霍尔效应二、霍尔效应霍 耳 效 应11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动由于洛仑兹力作用，处于磁场中的载流导体由于洛仑兹力作用，处于磁场中的载流导体内部产生一内部产生一横向电场横向电场和和横向电压横向电压的现象。的现象。2、实验规律、实验规律：KH霍耳系数，由材料性质决定。霍耳系数，由材料性质决定。3、理论解释：、理论解释：1、现象、现象
6、：11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动I霍耳电压霍耳电压+ + + + + - - - - -方向向后方向向后方向向前方向向前11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动霍耳霍耳系数系数11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动I - - - - - + + + + +载流子为自由电子载流子为自由电子11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动霍耳效应的应用霍耳效应的应用2）测量测量n，研究半导体载流子的浓度。，研究半导体载流子的浓度。1）判断半导体的类型判
7、断半导体的类型I+ + +- - -P 型半导体型半导体+-+ + +- - - N 型半导体型半导体-I+-霍耳电压霍耳电压11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动KMNR4）磁流体发电）磁流体发电基本原理示意图基本原理示意图 高温高速的等离子气体高温高速的等离子气体 垂直于气流的方垂直于气流的方向上加有磁场向上加有磁场 电极上获得连续输电极上获得连续输出的电能出的电能 导导电电管管霍霍耳耳电电势势差差3）测量磁场（测量磁场（高斯计）高斯计）霍耳电压霍耳电压11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动三、量子霍耳效应三、量子
8、霍耳效应（一）整数量子霍耳效应（一）整数量子霍耳效应1）定义）定义3 霍耳电阻霍耳电阻1发现发现1980年，德国物理学家冯年，德国物理学家冯克利青克利青（K.Von.Klitzing） 从金属从金属氧化物半导体氧化物半导体场效应管中发现了场效应管中发现了量子霍耳效应量子霍耳效应2 条件条件1）深低温）深低温 T1K2）强磁场）强磁场 B=10T11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动整整数数量量子子霍霍尔尔效效应应2）表达式）表达式 ,（量子化量子化）nnn11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动（二）二） 分数量子霍耳效应分数量子霍耳效应1发现发现1982年，崔年，崔 琦（琦（D.C.Tsui）等人发现分等人发现分数量子霍耳效应。数量子霍耳效应。，3 表达式表达式4、 量子霍耳效应的应用量子霍耳效应的应用建立直流电阻基准建立直流电阻基准2 条件条件1）更低（超）温度）更低（超）温度 T=0.1K2）更强磁场）更强磁场 B=20T11 11 5 5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动崔琦崔琦分分数数量量子子霍尔效应霍尔效应 1998诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖
