靜 止 電 荷 或 運 動 電 荷 受 到 的 電 場 力EqF e運 動 電 荷 受 到 的 磁 場 力 （ 洛 侖 茲 力 ）BqF vm 7 帶 電 粒 子 在 電 場 和 磁 場 中 的 運 動 應(yīng) 用BqEqF v 運 動 電 荷 在 電 場 和 磁 場 中 受 的 力 J.J.Thomson在 劍 橋 卡 文 迪 許 實 驗 室 從 事 X射 線 和 稀薄 氣 體 放 電 的 研 究 工 作 時 ， 通 過 電 場 和 磁 場 對 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 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 定 荷 質(zhì) 比 是 1897年 J.J.Thomson 測 定 的 ， 雖 然當(dāng) 時 已 有 大 西 洋 電 纜 ， 但 對 什 么 是 電 尚 不 清 楚 ，有 人 認(rèn) 為 電 是 以 太 的 活 動 。 實 驗 裝 置 圖在 電 子 經(jīng) 過 路 徑 上 施 加 相 互 垂 直 的 電 場 與 磁 場 ，利 用 帶 電 粒 子 在 電 場 與 磁 場 的 作 用 下 發(fā) 生 偏 轉(zhuǎn) 測出 電 子 的 荷 質(zhì) 比 。實 驗 原 理 BeEe 0v BE0v實 驗 過 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 出 電 子 流 速 度 。（ 2） 去 掉 電 場 ， 電 子 流 只 在 磁 場 作 用 下 偏 轉(zhuǎn) 。0emR B vRmBq 200 vv 0 2ve Em RB RB 荷 質(zhì) 比 kgC /10759.1 11 由 熒 光 屏 上 的光 點 位 置 確 定 討論1、 第 一 次 發(fā) 現(xiàn) 了 電 子 ， 是 具 有 開 創(chuàng) 性 的 實 驗 發(fā) 現(xiàn) 該 荷 質(zhì) 比 約 比 氫 離 子 荷 質(zhì) 比 大 1000倍 說 明 帶 電 質(zhì) 粒 是 比 原 子 更 小 的 質(zhì) 粒 ， 后 來 這 種 質(zhì) 粒被 稱 為 電 子 。 用 不 同 的 金 屬 做 實 驗 做 出 來 比 值 一 樣2、 1909年 ， Milikan測 電 荷 ， 發(fā) 現(xiàn) 各 種 各 樣 的 電 荷 總 是某 一 個 值 的 整 數(shù) 倍 發(fā) 現(xiàn) 電 子 量 子 化3、 1904年 Kaufmann發(fā) 現(xiàn) 荷 質(zhì) 比 隨 速 度 變 化 ， 那 么 究 竟是 荷 還 是 質(zhì) 隨 速 度 變 化 ？ 荷 變 還 是 質(zhì)變 ？電 荷 隨 速 度 變 化 嗎 ？ 對 電 中 性 物 質(zhì) 加 熱 ， 電 子速 度 的 變 化 沒 有 破 壞 電 中 性 ， 電 荷 不 隨 速 度 變 化 。應(yīng) 該 是 質(zhì) 量 隨 速 度 變 化 荷 質(zhì) 比 測 量 的 意 義1、 電 子 是 第 一 個 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 論 的 重 要 實 驗 基礎(chǔ) 二 、 霍 耳 效 應(yīng)霍 爾 電 勢 差 的 經(jīng) 驗 公 式 為 ： dIBRU HH 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 物 理 學(xué) 家 H all發(fā) 現(xiàn) 的 霍 爾 效 應(yīng) 的 原 因 ： 是 由 于 磁 場 對 導(dǎo) 體 （ 半 導(dǎo) 體 ）內(nèi) 的 運 動 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 ， 當(dāng)運 動 電 荷 所 受 到 電 場 力 與 洛 侖 茲 力 相 等 時d B Ib HU+ qdv+ + + + + - - - - -eF mF BqqE dH v BE dH v 得 nqdIBU HnqR 1H 霍 耳 系 數(shù) bdqn dvSqnI dv H H dU E Bb b=v霍 耳 電 壓設(shè) 帶 電 粒 子 的 濃 度 為 n， 則 電 流 為 ： qnbdIdvdIBRU HH 與 霍 爾 電 勢 差 的 經(jīng) 驗 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 效 應(yīng) 的 應(yīng) 用2） 測 量 磁 場 dIBRU HH 霍 耳 電 壓 1） 判 斷 半 導(dǎo) 體 的 類 型nqR 1H 正 、 負(fù) 取 決 于 載 流 子 的 正 負(fù)q0,UH 0,P型 半 導(dǎo) 體 q0,UH 0,N型 半 導(dǎo) 體從 霍 爾 系 數(shù) 的 測 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 中 運 動 的 基本 原 理 ， 1932年 制 造 了 世 界 第 一 臺 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 . 電 粒 子 回 旋 加 速 器 的 制 造 標(biāo) 志 著 人 類 可 以 利用 加 速 器 實 現(xiàn) 高 能 粒 子 、 粒 子 之 間 的 方 向 ， 打 開了 神 秘 的 粒 子 物 理 學(xué) 的 大 門 。 回 旋 加 速 器 原 理 圖NS B2D 1DO 兩 個 半 圓 形 的 D形 金屬 盒 ， 放 置 在 垂 直 于D形 金 屬 盒 面 的 磁 場中 ， 在 兩 個 D形 金 屬盒 的 間 隙 中 施 加 加 速粒 子 的 交 變 電 場 。 金 屬 盒 的 電 場 屏 蔽 效 應(yīng) 使得 D形 金 屬 盒 內(nèi) 部 不 受 外 電場 的 干 擾 ， 因 此 在 其 中 運動 的 帶 電 粒 子 僅 收 到 磁 場的 作 用 。 mqBf 2mqBR 0v 2k 21 vmE mRBq 2 2022 回 旋 共 振 頻 率 與 粒 子 的速 度 與 半 徑 無 關(guān) 電 場 的 變 化 頻 率 等 于 帶 電 粒 子 的 回 旋 共 振 頻率 。 確 保 交 變 電 場 使 粒 子 加 速 、 均 勻 磁 場 使 粒 子回 旋 。 加 速 的 帶 電 粒 子 在 D形 金 屬 盒 作 圓 周 運 動 ，出 射 的 最 大 速 率 為出 射 粒 子 的 最 大 動 能 為 我 國 于 1994年 建 成 的 第 一臺 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 加 速 能 量 的 提 高 ， 使 得 粒 子 的 速 度非 常 大 ， 此 時 需 要 考 慮 相 對 論 效 應(yīng) ： 2201 cmm v此 時 帶 電 粒 子 的 回 旋 周 期 ： qBmT 2 22012 cmqB v 與 粒 子 速 率 相 關(guān) ， 回 旋 加 速 器 不 可 能 把 粒 子 加速 到 很 高 的 速 率