1、靜止電荷或運(yùn)動(dòng)電荷受到的電場(chǎng)力,運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)力（洛侖茲力）,8-7 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用,運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力,J.J.Thomson在劍橋卡文迪許實(shí)驗(yàn)室從事X射線和稀薄氣體放電的研究工作時(shí)，通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)陰極射線的作用，得出了這種射線不是以太波而是物質(zhì)的質(zhì)粒的結(jié)論，測(cè)出這些質(zhì)粒的荷質(zhì)比(電荷與質(zhì)量之比），發(fā)現(xiàn)了電子。,一、荷質(zhì)比的測(cè)定,荷質(zhì)比是1897年J.J.Thomson 測(cè)定的，雖然當(dāng)時(shí)已有大西洋電纜，但對(duì)什么是電尚不清楚，有人認(rèn)為電是以太的活動(dòng)。,1.實(shí)驗(yàn)裝置圖,在電子經(jīng)過(guò)路徑上施加相互垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，利用帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)測(cè)出電子的荷

2、質(zhì)比。,2.實(shí)驗(yàn)原理,3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程,(1) 電子受磁力和電力平衡，在顯示屏上不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而測(cè)出電子流速度。,（2） 去掉電場(chǎng)，電子流只在磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)。,荷質(zhì)比,由熒光屏上的光點(diǎn)位置確定,1) 發(fā)現(xiàn)該荷質(zhì)比約比氫離子荷質(zhì)比大1000倍，說(shuō)明帶電質(zhì)粒是比原子更小的質(zhì)粒，后來(lái)這種質(zhì)粒被稱(chēng)為電子。 2）用不同的金屬做實(shí)驗(yàn)做出來(lái)比值一樣. 3) 1909年，Milikan測(cè)電荷，發(fā)現(xiàn)各種各樣的電荷總是某一個(gè)值的整數(shù)倍發(fā)現(xiàn)電子量子化 4) 1904年Kaufmann發(fā)現(xiàn)荷質(zhì)比隨速度變化，那么究竟是電荷還是質(zhì)量隨速度變化？,討論,對(duì)電中性物質(zhì)加熱，電子速度的變化沒(méi)有破壞電中性，電荷不隨速度變化。,荷質(zhì)比

3、測(cè)量的意義:,1) 電子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的基本粒子. 2) 搞清楚什么是電. 3) 發(fā)現(xiàn)了速度效應(yīng)，提供狹義相對(duì)論的重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).,電荷隨速度變化嗎？,結(jié)論：質(zhì)量隨速度變化.,二、霍耳效應(yīng),霍爾電勢(shì)差的經(jīng)驗(yàn)公式為：,RH與材料的性質(zhì)及環(huán)境溫度有關(guān),經(jīng)典霍耳效應(yīng)是1879年德國(guó)物理學(xué)家Hall發(fā)現(xiàn)的,霍爾效應(yīng)的原因：是由于磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體（半導(dǎo)體）內(nèi)的運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力作用所引起的效應(yīng)。,正、負(fù)電荷在導(dǎo)體兩側(cè)的積累形成附加電場(chǎng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受到電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí),得,霍耳系數(shù),霍耳電壓,設(shè)帶電粒子的濃度為n，則電流為：,與霍爾電勢(shì)差的經(jīng)驗(yàn)公式 比較,取決于載流子濃度和帶電的正、負(fù)，可正、可負(fù)。,霍耳

4、效應(yīng)的應(yīng)用,2）測(cè)量磁場(chǎng),霍耳電壓,1）判斷半導(dǎo)體的類(lèi)型,正、負(fù)取決于載流子的正負(fù),q0,UH0,P型半導(dǎo)體,q0,UH0,N型半導(dǎo)體,從霍爾系數(shù)的測(cè)量值的正、負(fù)可以判斷導(dǎo)體載流子的荷電性質(zhì),三、回旋加速器,勞倫斯利用帶電粒子在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本原理，1932年制造了世界第一臺(tái)帶電粒子回旋加速器。此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).,電粒子回旋加速器的制造標(biāo)志著人類(lèi)可以利用加速器實(shí)現(xiàn)高能粒子、粒子之間的方向，打開(kāi)了神秘的粒子物理學(xué)的大門(mén)。,回旋加速器原理圖,兩個(gè)半圓形的D形金屬盒，放置在垂直于D形金屬盒面的磁場(chǎng)中，在兩個(gè)D形金屬盒的間隙中施加加速粒子的交變電場(chǎng)。,金屬盒的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)使得D形金屬盒內(nèi)部不受外電場(chǎng)的干擾，因此在其中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子僅收到磁場(chǎng)的作用。,回旋共振頻率與粒子的速度與半徑無(wú)關(guān),電場(chǎng)的變化頻率等于帶電粒子的回旋共振頻率。確保交變電場(chǎng)使粒子加速、均勻磁場(chǎng)使粒子回旋。,加速的帶電粒子在D形金屬盒作圓周運(yùn)動(dòng)，出射的最大速率為,出射粒子的最大動(dòng)能為,我國(guó)于1994年建成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素 .,隨著粒子