5第七章磁力.docVIP

磁力 ( 4学时) §7.1 磁力 §7.2 磁场与磁感应强度 §7.3 带电粒子在磁场中的运动 §7.4 载流导线在磁场中的受力 §7.5* 霍耳效应 §7.1 磁力 一. 基本磁现象 1.永磁 : 天然磁石, 永久磁铁,电磁铁, 地磁等 磁体有两极: N极(指北极)和S极(指南极),同极相斥,异极相吸.地球的N极在地理南极附近,S极在地理北极附近. 2. 电流的磁作用: 奥斯特的发现(1820):如图 7.1 , 7.2所示. 这一发现意义重大,它表明电 现象和磁现象是彼此联系的. 3. 磁铁与运动带电粒子的相互作用: 如阴极射线管,显像管. 4. 运动电荷与运动电荷之间存在磁作用:这种作用不同于静 电力,它与速度有关. 二. 磁性的起源 奥斯特发现电流的磁效应以后,安培提出了分子电流假设,使永磁和电流的磁效应有了统一的解释,后来,在经典电磁学范围内,又统一到运动电荷之间的磁作用. §7.2 磁场与磁感应强度 一. 磁场 上节已说明,磁力可归结为运动电荷之间的磁作用.按照近距作用的观点,运动电荷之间的磁作用是通过一种叫做磁场的特殊物质传递的.它可以形象地表示为: 运动电荷(磁场(运动电荷 磁场又一切物质的共同属性,如又能量动量质量.但它又有特殊性,如可叠加性. 二. 磁感应强度 描写磁场强弱的物理量叫磁感应强度,它是一个矢量,用B表示(没有叫磁场强度是由于历史的原因). 1.磁感应强度的定义: 当带电粒子以一定的速度通过磁场中某一点时,它一般会受到磁场对它的作用力.实验发现,这个力除了与该点磁场本身的性质有关外,还与速度的大小和方向有关. 改变速度的大小和方向,力的大小和方向都会变化,总结实验结果,人们发现,磁力F ,粒子的电量和速度之积qv ,磁感应强度B三者之间的关系可以用下面的式子表示: F = qv ( B 按照矢量叉积的定义,力的大小为 F = qv Bsin( 其中(为qv 与B 的夹角.即磁感应强度的大小 B= B 的方向: qv, B ,F 三者构成右手系(如图7.4). 说明: (1)当qv的方向正好与B 方向沿同一条直线(称为零力线)时, F =0,可以根据这一点用实验确定B 的方向,即B沿零力线方向, (2) qv的方向不能简单说成速度方向,当q为负电荷时, qv的方向与v方向正相反,(3)当qv与 B垂直时,sin(=1,磁力达到最大,因此磁力的大小等于最大磁力与qv之比: B= 2. 磁感应强度的单位: 在国际单位制中,磁感应强度的单位为特斯拉,用T表示: 1 T=1N?s/C?m 三.磁力线和磁通量: 与电场的情况类似,对于磁场,可以引进磁力线(磁感应线)和磁通量(磁感应强度通量)的概念.磁力线是在磁场中所画的一系列曲线,它在每一点的切线方向代表该电磁感应强度的方向,且使通过单位垂直面的磁力线条数等于该点磁感应强度B的大小.通过一个曲面的磁力线条数叫做这个曲面上的磁通量,用φ表示, φ= 由于磁感应线总是无头无尾的闭合曲线,因此通过任意闭合曲面的磁通量等于0,即 此式称为磁场的高斯定律,简称磁高斯定律.到目前为止,实验上还没有发现磁单极(即磁荷)存在,故磁场的高斯定律不同于电场的高斯定律. §7.3 带电粒子在磁场中的运动 洛仑兹力公式: 当同时存在电场和磁场时,运动带电粒子将同时受到电场力和磁力的作用: F=qE+qv (B 此式称为洛仑兹力公式. qE为电场力, qv (B称为洛仑兹力. 下面我们讨论带电粒子在洛仑兹力作用下的运动: 二. 带电粒子在均匀磁场中的运动: 质量为m,电量为q的粒子,以速度v垂直射入磁感应强度为B的均匀磁场中,由于洛仑兹力总是与速度方向垂直,因此它将做圆运动,由qvB=mv2/R 可得半径和周期公式: , 注意周期与速度无关. 如果速度v与B不垂直,可将v分解成平行于和垂直于磁场的两个分量v((和v( ,粒子将作螺旋运动,半径和螺距分别为: , h= v((T = v(( 三. 带电粒子在非均匀磁场中的运动 在非均匀磁场中,粒子一般仍作螺旋运动,但半径和螺距都是变化的,如图7.5, 7.6 所示. 地磁场对带电粒子有捕集作用(范阿仑辐射带). §7.4载流导线在磁场中的受力 载流导线在磁场中的受力可归结为洛仑兹力．这是因为导线中的电流是载流子的定向运