大学物理电磁学第七章-磁力.ppt

* 第七章 磁力 本章从运动电荷受磁力角度引入描述磁场的物理量－磁感应强度矢量，讨论均匀磁场对运动电荷、载流导线、载流线圈的作用规律。 * 电流（运动电荷）?磁场 磁场对电流（运动电荷）的作用？ 载流直导线 载流线圈 元电流积分法 安培环路定理 磁场 * 第七章 磁力 一、磁场对带电粒子的作用 二、磁场对载流导线的作用 三、磁场对载流线圈的作用 * 一、磁场对带电粒子的作用 磁体和电流在其周围空间中产生磁场。 1. 磁场的基本性质 磁场对运动电荷有磁场力作用。 磁场对电流作用 电流间相互作用 * 2. 洛仑兹力 实验：电荷受磁场作用。 洛仑兹力－磁场对运动电 荷的作用力。 (3)普遍洛伦兹力公式 讨论： * 用洛仑兹力定义磁感应强度 方向: 不受力的方向定义为 的方向。 大小: 方向上受的力。 为q在 单位: 特斯拉 T ( 1 T = 10 4 G ) 3. 磁感应强度 4. 磁力线性质 (1) 磁力线是无头无尾无起点的闭合曲线。 I B (2) 磁力线总是与电流相互套合,满足右手螺旋关系。 * 5. 带电粒子在磁场中的运动 (1) 若 则F=0,沿B方向匀速直线运动. (2) 若 且B均匀， 作匀速圆周运动。 （3）若??900,且 均匀,绕 的螺旋线 螺距 * 应用－磁聚焦（电子显微镜） 一束很窄的的带电粒子流，速率v很接近，? 很小。 螺距 h近似相等。 (4) 若??900,且 不均匀， 绕 的螺旋线 R随 的?而? 指向 较弱方向的分量 应用：磁瓶——受控热核反应 磁镜－ 逐渐增大能使粒子反射 * 应用1－质谱仪 （测定离子质量装置） 离子速度满足 qvB=qE 以v=E/B进入B0的离子的轨道R满足 R=L/2=mv/qB0 偏转L的离子质量 m=qB0L/2v =qBB0L/2E 6. 对带电粒子的作用 速度选择器 * 应用2－回旋加速器（使带电粒子获得高速的装置） * 原理 当正离子从S中射出时，左D盒为负极，使粒子加速进入D盒，D盒内只有磁场，粒子做圆周运动，从D盒从来后，右D盒正好为负极，使粒子加速进入右D盒，粒子做半径较大的圆周运动，被多次加速的粒子的螺旋轨道逐渐趋于D盒的边缘，在达到预期的速率后，用带负电的偏转板将高速粒子引出。 带电粒子轨道半径 R=mv/qB 射出时动量 mv=qBR 射出时动能 Ek=P2/2m = (qBR)2/2m 交流电源 * 应用3－霍尔效应 霍尔效应的理论解释 ——若 ,则导体的上下面之间会出现电势差。 U b 空穴导电 * 霍尔效应的应用 1.通过霍尔系数K的测定，确定导体内载流子的浓度 n。根据K的正负号，判断半导体的导电类型。 - - - - - - - - - - + + + + + + + + + - + I 电子导电 - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + I 空穴导电 2.通过测霍尔电压确定磁场B。 * 应用4 磁 流 体 喷水潜艇、船 * * ▲ 磁 流 体 船 B 电流 B F ? ? 海水 进水 出水 发动机 接发电机 I F 电极 * 应用5 电磁轨道炮（书 P280 习题 8.24） I I 导电导轨 金属熔块如铜块 B 弹块 ? B Fm I I?106A 导电气体 ~ 10 6 g ， 在1ms内，弹块速度可达10km/s * 绚丽多彩的极光 在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。 * 二、磁场对载流导线的作用(安培力) 电流元受力 电荷数 N= nV= nsdl 电量 Q=Nq=nsqdl 受力总和为 一段直线电流 * 安培力的实质： 磁场通过洛仑兹力而施于导体的作用力。 所以 安培力是洛仑兹力的宏观表现； 洛仑兹力是安培力的微观来源。 洛仑兹力 →建立横向电场 →使导体受电场力作用 * 例1 如图，一条任意形状的载流导线位于均匀磁场中，试证明它所受的安培力等于载流直线 所受的安培力。 * *在均匀磁场中的闭合载流回路整体 上不受磁力 推论： 在均匀磁场（大小相等，方向相同）中，载流导线所受安培力与导线形状无关，只与始末两点的直线距离成正比。 * 三、磁场对载流线圈的作用（磁力矩） 1.匀强磁场对载流线圈的作用 线段 ad和bc受安培力等