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第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动二二 带电粒子在磁场中运动举例带电粒子在磁场中运动举例1.回旋半径和回旋频率回旋半径和回旋频率第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动 例例1 在垂直纸平面的均匀磁场的作用下，有一电在垂直纸平面的均匀磁场的作用下，有一电子束在纸平面内，作如图所示的圆周运动，其半径为子束在纸平面内，作如图所示的圆周运动，其半径为R=15cm.已知电子是在已知电子是在 的加速电压下，的加速电压下，由静止获得作匀速圆周速度的由静止获得作匀速圆周速度的.试求：（试求：（1）均匀磁场）均匀磁场的磁感强度是多少？（的磁感强度是多少？（2）电子的角速率是多少？）电子的角速率是多少？解（解（1）由能量守恒定律，有由能量守恒定律，有（2）第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动2.磁聚焦磁聚焦（洛仑兹力不做功洛仑兹力不做功）洛仑兹力洛仑兹力 与与 不垂直不垂直螺距螺距第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动 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.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在非均匀磁场中的运动*3.地磁场的磁约束作用地磁场的磁约束作用 与与 不垂直不垂直 为非均匀磁场为非均匀磁场 地磁场是非均匀磁场，从赤道到两极磁感应强度地磁场是非均匀磁场，从赤道到两极磁感应强度逐渐增强逐渐增强.宇宙射线中的高能电子和质子进入地磁场，宇宙射线中的高能电子和质子进入地磁场，将被磁场捕获，并在地磁南北极间来回震荡，形成范将被磁场捕获，并在地磁南北极间来回震荡，形成范阿伦辐射带阿伦辐射带.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动地磁场对来自宇宙空间高能带电粒子的磁约束作用地磁场对来自宇宙空间高能带电粒子的磁约束作用SN地球轨道平面地球轨道平面质质子子电电子子磁北极磁北极地理北极地理北极范阿伦辐射带范阿伦辐射带.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动1.质谱仪质谱仪7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱.+-速度选择器速度选择器照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示意图三三 带电粒子受电磁场作用的现代技术运用举例带电粒子受电磁场作用的现代技术运用举例第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动2.回旋加速器回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室型室.此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，为此为此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.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动频率与半径无关频率与半径无关到半圆盒边缘时到半圆盒边缘时回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSBON第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动 我国于我国于1996年建成年建成的第一台强的第一台强流质子加速流质子加速器器，可产生，可产生数十种中短数十种中短寿命放射性寿命放射性同位素同位素.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动 例例 2 有一回旋加有一回旋加 速器，他速器，他 的交变的交变 电压的电压的 频率频率为为 ，半圆形电极的半径为，半圆形电极的半径为0.532m.问问 加速加速氘核所需的磁感应强度为多大氘核所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大氘核所能达到的最大动能为多大动能为多大？其最大速率有多大其最大速率有多大？（已知氘核的质量（已知氘核的质量为为 ，电荷为，电荷为 ）.解解 由粒子的回旋频率公式，可得由粒子的回旋频率公式，可得第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动霍 耳 效 应*3.霍耳效应霍耳效应第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动I霍耳电压霍耳电压霍耳霍耳系数系数+-第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）11 11 7 7 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动I+-P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用2）测量磁场）测量磁场霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型）判断半导体的类型+-N 型半导体型半导体-I+-