运动电荷电流在磁场中所受的力

运动电荷电流在磁场中所受的力第一页，共三十三页，编辑于2023年，星期三二、运动电荷(带电粒子)在磁场中的运动1.均匀磁场中（1）如果与相互(反)平行粒子作匀速直线运动。（2)如果与垂直粒子作匀速圆周运动。提示：可根据粒子轨迹判断粒子所带电荷的正负。(示例见下页)第二页，共三十三页，编辑于2023年，星期三电子的反粒子电子偶显示正电子存在的云室照片及其摹描图铝板正电子电子1930年狄拉克预言自然界存在正电子第三页，共三十三页，编辑于2023年，星期三粒子作螺旋运动（3）如果与斜交成角0应用磁聚焦第四页，共三十三页，编辑于2023年，星期三磁聚焦在均匀磁场中点A发射一束初速度相差不大的带电粒子,它们的运动方向与磁场方向之间的夹角不同,但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等,相交于屏上同一点(A’),此现象称为磁聚焦.聚焦磁极应用电子光学，电子显微镜等.第五页，共三十三页，编辑于2023年，星期三2.带电粒子在非均匀磁场中运动(特征)1)向磁场较强方向运动时，螺旋半径不断减小.2)粒子受到的洛仑兹力恒有一个指向磁场较弱方向的分力,可使粒子沿磁场方向的速度减小到零,从而反向运动.非均匀磁场应用磁镜第六页，共三十三页，编辑于2023年，星期三磁镜磁场：轴对称中间弱两边强

粒子将被束缚在磁瓶中磁镜：类似于粒子在反射面上反射（名称之来源）在受控热核反应中用来约束等离子体第七页，共三十三页，编辑于2023年，星期三1质谱仪7072737476锗的质谱...................................................................+-速度选择器照相底片质谱仪的示意图三粒子在电场和磁场中的其他应用(了解)第八页，共三十三页，编辑于2023年，星期三2回旋加速器1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室.此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.第九页，共三十三页，编辑于2023年，星期三频率与半径无关到半圆盒边缘时回旋加速器原理图NSBO~N第十页，共三十三页，编辑于2023年，星期三我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素.第十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期三3霍耳效应(了解)第十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期三霍耳系数I霍耳电压++++

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+-----第十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期三I++++---P型半导体+-霍耳效应的应用（2）测量磁场霍耳电压（1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-第十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期三量子霍尔效应（1980年）霍耳电阻第十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期三整个载流导线受力§5磁场对电流的作用安培力一、安培定律安培指出,任意电流元在磁场中受力为第十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期三二、应用:主要用于：A载流导线受力

均匀磁场非均匀磁场B载流线圈受力和力矩第十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期三例1(A):在均匀磁场B中有一段弯曲的导线ab,通有电流I,求此段导线受的磁场力。

解:弯曲导线ab可分为若干电流元积分：可见,在匀强磁场中,弯曲导线受的磁场力等于从起点到终点的直导线所受的磁场力.(化曲为直思想)IBabIdll大小：方向：第十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期三练习:求载流导线在均匀磁场中受力又如匀强磁场中的导线：圆弧受的力：RBaboIoRIabB圆弧受的力：若此导线是闭合线圈呢?0第十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期三思考:求垂直于均匀磁场的载流圆形导线中的张力。IRBTT第二十页，共三十三页，编辑于2023年，星期三例2(A):如图所示长直电流I1和长为L的电流I2垂直共面,相距为a.求I2受I1的磁场力解:建坐标系如图在坐标x处取电流元安培力电流I1在x处磁感强度为方向如图非均匀磁场中导线受力题型!大小为第二十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期三因为各电流元受力方向相同,所以大小直接相加,合力为：方向：垂直电流I2平行电流I1练习:如图长直电流I1和长为L的电流I2平行共面，相距为a。求I2受I1的磁场力。第二十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期三练习:无限长直电流I1和线段AB(AB=L,通有电流I2)在同一平面内,求AB受的磁力及对A点的磁力矩。（仅做了解）提示:由于每个电流元受力方向相同(如图)M=I2I1dABdFxdx第二十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期三例3(B):求磁场作用于载流线圈的磁力矩如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOPMNOPI线圈有N匝时第二十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期三IB.....................IB××××××××××××××××××××××××BI稳定平衡不稳定平衡讨论（1）与同向（2）方向相反（3）方向垂直力矩最大注意:均匀磁场中,任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为第二十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期三练习：一半径为R的半圆形闭合线圈,通有电流I,线圈放在均匀外磁场B中,B的方向与线圈平面成300角,如右图,设线圈有N匝,问：(1)线圈的磁矩是多少？(2)此时线圈所受力矩的大小和方向？(3)图示位置转至平衡位置时，磁力矩作功是多少？解：1）线圈的磁矩pm的方向与B成600夹角第二十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期三磁力矩的方向由确定,为垂直于B的方向向上。即从上往下俯视,线圈是逆时针.(2)此时线圈所受力矩的大小为(3)线圈旋转时,磁力矩作功为磁力矩作功,注意力矩和角位移的方向性!第二十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期三非均匀磁场线圈受力题型例4(B):如图,载流导线的电流为I1,圆形线圈载流为I2,圆形线圈的直径与载流导线重合且绝缘求:圆形线圈所受的作用力解：由对称性如图建立坐标因于是线圈受力沿着X轴负方向,其大小为?若线圈电流为顺时针方向,试判断圆形导线框的运动。第二十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期三求下列电流之间的相互作用(定性)：①②④⑤③I1xyzI2第二十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期三设一均匀磁场B垂直纸面向外，闭合回路abcd的边ab可以沿da和cd滑动，ab长为l，电流I，ab边受力方向向右∴ab边运动到a/b/位置时作的功即功等于电流乘以磁通量的增量。附录磁力的功1、磁力对运动载流导线的功abcdIa/b/第三十页，共三十三页，编辑于2023年，星期三

在匀强磁场中当电流不变时，磁力的功等于电流强度乘以回路所环绕面积内磁通的增量即2、磁场对转动载流线圈的功设线圈在磁场中转动微小角度d时，使线圈法线n与B之间的夹角从变为+d,线圈受磁力矩d第三十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期三则M作功，使减少，所以磁力