第 11 章 磁力

1、 磁磁 力力洛仑兹力洛仑兹力安培力安培力 二 磁场对载流导线的作用力一 磁场对运动电荷的作用力11.1带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 BBvqf 平行或反平行平行或反平行与与Bv)1(0 fcv 粒子做匀速直线运动粒子做匀速直线运动垂直垂直与与Bv)2(qvBf 粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动RvmqvB2 qBmvR qBmvRT 22 Bfvq洛仑兹力公式洛仑兹力公式应用：应用： 回旋加速器回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室型室.此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，为此为此1

2、939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.mqBf2mqBR0v2k21vmE 频率与半径无关频率与半径无关到到半圆盒边缘时半圆盒边缘时mRBqE22022k回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSB2D1DON 我国于我国于1994年建成的第年建成的第一台强流质一台强流质子加速器子加速器 ，可产生数十可产生数十种中短寿命种中短寿命放射性同位放射性同位素素 .qBmvTvTvdcos2cos/角角成成与与 Bv)3(/v vvB qBmvR qBmv sin qBmT2螺距螺距 d： 应用应用 电子光学电子光学 , 电子显微镜等电子显微镜等 . 磁聚焦磁聚焦 在在均匀磁场均匀磁场

3、中某点中某点 A 发射一束发射一束初速相初速相差不大差不大的带电粒子的带电粒子, 它们的它们的 与与 之间的之间的夹角夹角 不尽相同不尽相同 , 但都较小但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋这些粒子沿半径不同的螺旋线运动线运动, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点, 此此现象称之为磁聚焦现象称之为磁聚焦 .0vB磁聚焦磁聚焦带电粒子在非均匀磁场中运动（磁约束）带电粒子在非均匀磁场中运动（磁约束） 磁镜磁镜磁瓶：磁瓶：磁约束磁约束范艾伦辐射带范艾伦辐射带极光的形成极光的形成6000km400-800km极光极光11.2 霍尔效应霍尔效应1. 霍尔效应霍尔效应在磁

4、场中，载流导体或半导体上出现横向电势差的现象。在磁场中，载流导体或半导体上出现横向电势差的现象。2. 霍尔电压霍尔电压 霍尔效应中产生的电势差。如上图中导体上下霍尔效应中产生的电势差。如上图中导体上下两端面出现电势差。两端面出现电势差。1879年美国物理年美国物理学家霍尔发现学家霍尔发现3. 形成机制形成机制以载流子为正电荷为例说明以载流子为正电荷为例说明,设载流子速度为设载流子速度为 。fq B 上端积累了正电荷，上端积累了正电荷，下端积累了负电荷下端积累了负电荷。l 洛仑兹力使载流子横向漂移洛仑兹力使载流子横向漂移, , 出现电荷积累出现电荷积累。BIvBhbfLFeVHELfqBvl 横

5、向电场力横向电场力: :l 洛伦兹力洛伦兹力受力分析受力分析: ( (方向向上方向向上) )(方向向下方向向下) )由于电荷的积累，形成静电场由于电荷的积累，形成静电场霍尔电场霍尔电场HEeHFqE电势差为电势差为HEB当达到动态平衡时：当达到动态平衡时：电流强度电流强度n单位体积中的粒子数单位体积中的粒子数BIvBhbfLFeVHEhEUHHBhnSqI nbhqnbhqInbqIBUHfFeI+ + +- - -P 型半导体型半导体+-HUBmFdv霍耳效应的应用霍耳效应的应用2）测量磁场测量磁场dIBRUHH霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型判断半导体的类型mF+ + +- - - N

6、 型半导体型半导体HU-BI+-dv11.3 11.3 载流导线在磁场中受的磁力载流导线在磁场中受的磁力每个载流子受力：每个载流子受力：BvqndlS在在 段中共有载流子数目：段中共有载流子数目：dl这些载流子受力的总和：这些载流子受力的总和：BvndlSqFdBlnvSqdFdnvSqI BlIdFd一、一、 安培定律安培定律安培力：安培力：电流元在磁场中受到的磁力电流元在磁场中受到的磁力BlIdFd sinIdlBdF )B, lIdarcsin( 方向判断方向判断 LBlIdFdF载流导线受到的磁力载流导线受到的磁力大小大小sinIdlBdF LIBdlFdFBILPxyoIBLFdxx

7、FFdjBILFFyyyFFdlBIFddsindF解解 取一段电流元取一段电流元lIdcosdF 结论结论: 任意平面载流任意平面载流导线在均匀磁场中所受导线在均匀磁场中所受的力的力 , 与其始点和终点与其始点和终点相同的载流直导线所受相同的载流直导线所受的磁场力相同的磁场力相同. 例例 1 求求 如图不规则的载如图不规则的载流导线在均匀磁场中所受的力，流导线在均匀磁场中所受的力，已知已知 和和 .BIlIdxFdyFd0d00yBIBILxBIL0d电磁炮原理示意图观众从炮管根部安放炮弹后，按下电钮，控制观众从炮管根部安放炮弹后，按下电钮，控制电路给线圈通以脉冲电流，炮弹受到大的电磁电路给

8、线圈通以脉冲电流，炮弹受到大的电磁力，在这个电磁推力的作用下，电磁炮自动发力，在这个电磁推力的作用下，电磁炮自动发射炮弹，打到射炮弹，打到4米远的彩色坦克图形目标。米远的彩色坦克图形目标。 美军研制动力电磁炮武器系统 用电磁炮发射宇宙飞船的设想图 d0112IBd1B2dl导线导线 受到的作用力：受到的作用力：导线导线1在导线在导线2处产生磁场：处产生磁场：2221dFI dlB1222BdlIdF 导线导线2单位长度上所受的力；单位长度上所受的力；1222BIdldFdII221022dlI导线导线1施加在导线施加在导线2上的作用力上的作用力11.5 平行载流导线间的相互作用力平行载流导线间

9、的相互作用力导线导线2施加在导线施加在导线1上的作用力上的作用力d2I1I2B11dlI1dl导线导线 受到的作用力：受到的作用力：2111BdlIdF 2111BIdldFdII2210导线导线2在导线在导线1处产生磁场处产生磁场：0222IBd1112dFI dlB导线导线1单位长度上所受的力；单位长度上所受的力； 两长直导线载有同样的电流且平行放置两长直导线载有同样的电流且平行放置,单位长度间单位长度间的相互作用力为的相互作用力为F；若将它们的电流均加倍；若将它们的电流均加倍,相互距离也相互距离也加倍加倍,单位长度间的相互作用力变为单位长度间的相互作用力变为F,则其大小之比为则其大小之比为 A.