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1、27 Magnetic Field and Magnetic forces磁铁（magnets）之间及磁铁与铁之间都有磁的作用。磁作用的本质是运动电荷之间通过磁场传递的相互作用。运动电荷或电流在周围空间产生磁场，而磁场对处于其中的其它运动电荷或电流产生力 的作用。本章重点介绍运动电荷及电流在磁场中所受的力和力矩。27-1 Magnetism磁铁之间有相互吸引或排斥作用，磁铁还吸引无磁性的铁; 磁铁的两端分别称为N极和S极，同极相斥异极相吸 (like poles repel, opposite poles attract.)；与正负电荷不同的是磁极总是成对出现，目前还没有发现磁单极（magne

2、tic monopole）即磁荷。1819年丹麦的Hans Christian Oersted 发现磁针在载流导线旁发生偏转，表明电可以生磁，法国的Andre Ampere 也进行了类似的实验。几年后英国的Michael Faraday及美国的Joseph Henry 发现运动的磁铁可使线圈中产生电流，表明磁可以生电，由此揭示了磁与电之间密切相关。27-2 Magnetic Field磁场的强弱用磁感应强度（magnetic field strength）表示。磁感应强度是反应磁场力的特性的物理量，其方向为磁针北极指向，大小可由运动电荷在磁场中所受的力给出：电荷在电场、磁场中所受的力：在SI单

3、位制中，磁感应强度的单位为T（tesla）在cgs单位制中，磁感应强度的单位为G（gauss）27-3 Magnetic Field Lines and Magnetic Flux在磁场中画一系列有方向的曲线，使曲线上每点的切线方向代表该点磁感应强度的方向，曲线的疏密程度与磁感应强度的大小成正比，这些曲线称为磁场线（magnetic field lings）。 磁场线不相交。 磁场线为闭合曲线。磁通量（magnetic flux）：Wb磁通连续性原理：（即无磁荷/磁单极）磁场线的特点：27-4 Motion of Charged Particles in a Magnetic field带电粒

4、子垂直进入均匀磁场，在磁场中做匀速圆周运动， 半径及角频率分别为：回旋加速器cyclotron frequency（cyclotron）通常粒子在与磁场平行方向上做匀速直线运动的同时，在与磁场垂直的平面上做匀速圆周运动，因此粒子沿螺旋线（helix）运动。28-6 Applications of Motion of Charged ParticlesVelocity selector带电粒子垂直进入彼此正交的匀强电磁场中，粒子不发生偏转通过时的速度满足：调节 E 和 B 可选择不同速度的粒子通过。Thomsons e/m experiment电子枪：速度选择器：Thomson 发现对各种阴极材

5、料，e/q 始终为一确定值，说明该粒子为所有材料共有，即是电子。Thomson被认为是发现电子的人。15年后，美国人Robert Millikan测出电子的电量，从而由荷质比可确定电子的质量为：Mass spectrometers1919年Thomson的学生Francis Aston建立第一台质谱仪，用于测分子和原子的质量。粒子经速度选择器后，垂直进入磁场，经半圆轨迹打在底片上，测 R 可知粒子质量 m 。，利用质谱仪，人们发现许多元素有同位素（isotope） 质子数相同中子数不同的化学性质相同而质量不同的原子。目前质谱仪的精度达到万分之一，底片由粒子探测器取代。27-6 Magnetic Force on a Current-Carrying Conductor线电流回路在磁场中受力：27-7 Force and Torque on a Curre