C16高校物理 5.5.7.ローレンツ力の利用

木曜日, 10月 12, 2023

C16高校物理 静磁場

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 原子核や電子の電気量 $q$ と質量 $m$ の比 $\frac{q}{m}$ を比電荷といいます.

 磁場中に進入した荷電粒子は,ローレンツ力を向心力として等速円運動します.この等速円運動の半径 $R$ を測定することで,荷電粒子の比電荷を測定することができます.

 比電荷の測定に関する問題は,ローレンツ力の頻出問題の1つです.回転する向きも出題されることが多いので,荷電粒子の電荷の正負に注意して考えてください.

 ホール効果は,電流に垂直に磁場を加えると,電流と磁場に直交する方向に電位差(ホール電圧)が生じる現象です.ホール効果は半導体キャリアの数密度を測定するときや,磁気センサーなどに応用されています.

 ホール効果は大学入試でも頻出です.動画を参考に,粒子が磁場から受けることでどのような現象が起きるか理解を深めてください.特にホール効果により電圧が高くなる点や,キャリアの電荷が正か負かを問われることがあります.キャリアが受ける力の向きを判断できるようになりましょう.

 動画を参考に,サイクロトロンの原理を理解してください.大学入試では,高周波電源の周期や加速された粒子の運動エネルギーなどを問う問題が出題されます.

 サイクロトロンは,カリフォルニア大学バークレー校アーネスト・ローレンスにより発明されました.周期表にローレンシウムやバークリウム,カリフォルニウムとありますが,彼らに因んだものです.

 ローレンスは科学教育にも熱心で,カリフォルニア大学バークレー校にはローレンスホールという科学館があります.サンフランシスコ周辺に行く機会があれば,ぜひ足を運んでみてください.

 詳しい説明は下のテキストを参考にしてください.また内容の理解ができたら,ワークブックに取り組んで,自分の言葉で説明したり,例題を解いたりしてください.

テキスト ワークブック




 

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