2021-2022学年高二物理竞赛课件：霍尔效应（15张PPT）.pptx

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1、霍尔效应 例例例例.一由南指向北均匀的磁场,磁感应强度B=1.5T。如果有一个5.0MeV的质子沿竖直向下的方向通过磁场，问作用在质子上的力有多大？(质子质量m=1.67 10-27kg)解：解：解：解：方向向东方向向东方向向东方向向东+-离子源离子源1.1.速度选择器速度选择器速度选择器速度选择器(selector of velocity)(selector of velocity)FmFev vE E E E 取得了速度选取得了速度选择的目的。择的目的。B电荷在电场和磁场中运动的实例电荷在电场和磁场中运动的实例电荷在电场和磁场中运动的实例电荷在电场和磁场中运动的实例电荷在电场和磁场中运动的

2、实例电荷在电场和磁场中运动的实例+改变改变E与与B的比的比值。可以选择不值。可以选择不同速度的粒子。同速度的粒子。2.2.质谱仪质谱仪质谱仪质谱仪(mass spectrograph)(mass spectrograph)质谱仪是研究物质同位素的仪器。R RN：离子源离子源P：速度选择器速度选择器 荷质比：荷质比：q、v、B不变，不变，R与与m成正比，同位素按质量大小排列成正比，同位素按质量大小排列+-P P N N B B3.3.回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器(cyclotron)(cyclotron)回旋加速器是原子核物理、高能物理等实验研究的一种基本设备。通过半圆盒的时间：通过

3、半圆盒的时间：V B振荡周期：振荡周期：频率：频率：粒子动能：粒子动能：粒子动能：粒子动能：4.磁聚焦磁聚焦(magnetic focus)轴对称磁场轴对称磁场(短线圈短线圈)磁透镜磁透镜(电子显微镜电子显微镜)h近似相等近似相等均匀磁场，且均匀磁场，且 很小：很小：5.磁约束磁约束(magnetic leash)应用于受控热核聚变应用于受控热核聚变(磁约束、惯性约束磁约束、惯性约束)横向横向:在强磁场中可以将离子约束在小在强磁场中可以将离子约束在小范围，脱离器壁。范围，脱离器壁。纵向纵向:非均匀磁场。非均匀磁场。反射反射磁镜磁镜磁瓶磁瓶:离子在两磁镜间振荡。离子在两磁镜间振荡。霍尔效应霍尔效

4、应霍尔效应霍尔效应(Hall effect)(Hall effect)方向向上，形成方向向上，形成(2)用电子论解释用电子论解释载流子载流子q=-e，漂移速率，漂移速率y yz z U UB Bx xI I+-d db bU U1 1U U2 2 -v vF Fe eF Fmm动态平衡时：动态平衡时：(1)现象：现象：导体中通电流导体中通电流I，磁场，磁场 垂直于垂直于I，在既垂直于，在既垂直于I，又垂直，又垂直于于 方向出现电势差方向出现电势差 U。附：应用磁聚焦现象求荷质比附：应用磁聚焦现象求荷质比 U阴阴极极控制极控制极阳极阳极BlhT=vcos v0qB=2m U阴阴极极控制极控制极阳

5、极阳极Bl=lv0 xTn调节调节B,使比值使比值为正整数为正整数n,即即:lv0 xT12Umve20 x=BT=2 me又因为又因为:nBm2=8Ue2l22所以所以:=(1.758819620.00000053)1011C/kgmey yz zU UHHB Bx xI I+-d db bU U1 1U U2 2 -v vF Fe eF Fmm令：令：令：令：若图示电流由正电荷流动形成，则若图示电流由正电荷流动形成，则若图示电流由正电荷流动形成，则若图示电流由正电荷流动形成，则U UHH反向，由此可确定半导体类型。反向，由此可确定半导体类型。反向，由此可确定半导体类型。反向，由此可确定半导

6、体类型。R RH H：霍尔系数：霍尔系数：霍尔系数：霍尔系数E E+安培力安培力安培力安培力安培力安培力(Ampere force)(Ampere force)设：电子数密度设：电子数密度设：电子数密度设：电子数密度 n n电流元截面积电流元截面积电流元截面积电流元截面积 S S电流元中的电子数电流元中的电子数电流元中的电子数电流元中的电子数:nSnSd dl l作用在电流元上的作用力：作用在电流元上的作用力：作用在电流元上的作用力：作用在电流元上的作用力：洛仑兹力：洛仑兹力：洛仑兹力：洛仑兹力：电流强度：电流强度：电流强度：电流强度：1.载流导线在磁场中受力载流导线在磁场中受力IB BS S

7、-任意形状任意形状载流导线在磁场中受安培力：载流导线在磁场中受安培力：大小大小:方向方向:右螺旋右螺旋实验验证:平行长直电流间的相互作用平行长直电流间的相互作用“安培安培”的定义的定义 d dF F1212单位长度受力：单位长度受力：B B1 1B B2 2设：设：设：设：I I1 1=I I2 2=1(A)=1(A)，a a=1m=1ma aI I1 1I I2 2d dl l1 1d dF F2121d dl l2 2 “安培安培”的定义：的定义：两平行长直导线相距两平行长直导线相距两平行长直导线相距两平行长直导线相距1m1m，通过大小，通过大小，通过大小，通过大小相等的电流，如果这时它们

8、之间单位长度导线受到的磁相等的电流，如果这时它们之间单位长度导线受到的磁相等的电流，如果这时它们之间单位长度导线受到的磁相等的电流，如果这时它们之间单位长度导线受到的磁场力正好是场力正好是场力正好是场力正好是2 2 1010-7-7NmNm-1-1时，就把两导线中所通过的电流时，就把两导线中所通过的电流时，就把两导线中所通过的电流时，就把两导线中所通过的电流定义为定义为定义为定义为“1“1安培安培安培安培”。计算安培力步骤：计算安培力步骤：1、沿电流方向任意选取电流元为受力对象。、沿电流方向任意选取电流元为受力对象。2、确定该电流元所在点的、确定该电流元所在点的 B、写出、写出 dF 的表达式、并的表达式、并确定确定 dF 的方向。的方向。3、建立坐标，写出、建立坐标，写出 dF 的坐标分量式的坐标分量式。（若（若 dF 分布具有对称性，分量式可少写）分布具有对称性，分量式可少写）4、统一、统一 dF 分量式的变量，确定积分上下限，积分得到分量式的变量，确定积分上下限，积分得到 F 的各个坐标分量的各个坐标分量，对坐标分量进行合成，对坐标分量进行合成。5、最后可以分析结果，或许会有其它收获。、最后可以分析结果，或许会有其它收获。