大学物理磁场对电流的作用课件

第十一章磁场对电流的作用NSIIactionofmagneticfieldonthecurrent

Chapter11磁场对电流的作用第十一章第十一章磁场对电流的作用NSIIactionof1本章内容本章内容Contentschapter11安培定律Ampere’slaw磁场对截流线圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop洛伦兹力Lorenzforce本章内容本章内容Contentschapter11安培定2第一节11.1安培定律Ampere’slaw第一节11.1安培定律Ampere’slaw3安培定律长度为的载流导线在磁场中受的安培力ldFlFlIldB若载流导线各电流元受力同向，合力大小Fl0sinqBIldBqldIFd大小sinqBIldFd矢量式FdIldBIldB电流元在磁场中Fd受的作用力（安培力）与方向IldB相同一、安培定律的内容一、安培定律的内容安培定律长度为的载流导线在磁场中受的安培力ldFlF4例一例lBIq均匀磁场F当或时，q0p当时，2pqF0F极大，FmaxlBI解法提要dFlFl0sinqBIldl0sinqBIldsinqlBI方向先用安培定律写出电流元的受力，然后积分。力的大小（一维力）求下图载流直导线所受的安培力二、安培定律的应用二、安培定律的应用例一例lBIq均匀磁场F当或5例二RBI匀强IO例求下图半圆电流所受的安培力YXadaldXFdFdyFdXFlXFddFcosaBIldcosa0RdaBIcosa0p0FyldFBIld0daRBI0pFdysinasinasina2RBIF方向沿Y轴正向2RBI故，合力Fy解法提要dFsinqBIld电流元与

正交Bqp2dFBIldXFddFcosasinadFFdyldRda根据安培定律例二RBI匀强IO例求下图半圆电流所受的安培力YXadald6载流导线间的作用载流导线间的相互作用载流导线间的作用载流导线间的相互作用7续II载流导线间的相互作用续II载流导线间的相互作用8续II载流导线间的相互作用续II载流导线间的相互作用9两无限长直电流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2IaFd=IldBFdld=pmO2Ia21m1A1A令4mO=107pA2可导出mONNm1072=Fdld1两长直平行电流的相互作用两长直平行电流的相互作用两无限长直电流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2Ia10第二节11.2磁场对截流线圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop第二节11.2磁场对截流线圈的作用actionofmag11磁场对载流线圈作用nBnInInInI一、磁场对载流线圈的作用一、磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈作用nBnInInInI一、磁场对载流线圈的作12续其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssinqMPmB或其中载流线圈的磁矩PmIsn侧视图nabcdabFcdFFbcFadBIaqIIIl12l俯视图cdFadFbcBaqaqnd载流线圈的单位法线abFcdFIl1BFadFbcI2lBsinp2IB2lsinp2Il1B（相互抵消）（一对力偶）续其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssin13稳定、非稳定平衡M外2q01M外M磁nBcd非稳定平衡nB与反向M磁nB与同向Bncd稳定平衡二、载流线圈在磁场中的转动二、载流线圈在磁场中的转动稳定、非稳定平衡M外2q01M外M磁nBcd非稳定平衡nB与14例三例求下图载流线圈所受的安培力及对Y轴的磁力矩解法提要BIXRaxodaFdBYdlIa匀强故力矩MIBpR2dFBIldsinaldRda电流元受力FdFIRBsinada0p2IRB0p2sinada0线圈受力MIBssinqnB载流线圈法线与正交qp2spR2，线圈面积线圈受磁力矩例三例求下图载流线圈所受的安培力及对Y轴的磁力矩解法提要BI15磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=IaalBIBrs==rFIF的功磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=Ia16磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn产生一角位移M载流线圈受磁力矩作用磁力矩的功MA=IrFFabcd)=I-Fabcd)磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn产生一角位移M17第三节11.3洛伦兹力Lorenzforce第三节11.3洛伦兹力Lorenzforce18洛伦兹力电流元中的电流I=dQdt=ndSdlqdt=ndSqv由安培定律可得=dFIdlB=ndSqvdlBIdl中共含粒子数dN=ndV=ndSdl共含电荷量dQ==ndSdldNqq一、洛伦兹力运动电荷vqF在磁场(,(中受到的(磁)力B((电流元Idl中，每粒子电荷量q（设）q0运动速度v粒子数密度n电流元vqdSn=vdtdlB每个运动电荷所受的磁力=FqvdFdN=B(洛仑兹力）洛伦兹力电流元中的电流I=dQdt=ndSdlqdt=ndS19洛伦兹力是安培力的微观根源。安培力是洛伦兹力的宏观表现。F=0Bv时Bv时Fmax=qvB，矢量表达式q+vFBqvqqBF其大小=FqvBsinq其方向同vB反vBq0((q0((=FqvB洛伦兹力洛伦兹力是安培力的微观根源。安培力是洛伦兹力的宏观表现。F=20BFFvv+qqmmBvF=q洛伦兹力Rmv2=向心力2pB=qm周期T=2pRvB=qRmv半径运动轨迹三、带电粒子在均匀磁场中的运动三、带电粒子在均匀磁场中的运动BFFvv+qqmmBvF=q洛伦兹力Rmv2=向心力2pB21质谱仪B质谱仪原理++++++++++++++++++++++++离子源v+++++质谱仪原理B=qRmv半径Bvq若为常量Rm8++质谱仪B质谱仪原理+++++++++++++++++++++22偏转++运动带电粒子在磁场中的偏转++++v偏转B偏转++运动带电粒子在磁场中的偏转++++v偏转B23螺线BBv+v螺线BBv+v24续+vvvBqBvvqv带电粒子在磁场中的螺旋运动续+vvvBqBvvqv带电粒子在磁场中的螺旋运动25螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmvRsin半径=v=mmBqqBq螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmv26磁约束BFIIvBBFF+磁约束(磁镜效应)磁约束F磁约束BFIIvBBFF+磁约束(磁镜效应)磁约束F27算例BlLYX+vqm,求图中粒子vqm,(,(通过lL＋后的向偏距y=RqmvBqtgq=lR22l2yqy1y=?++y=1y2y=RR22lLtgq+算例BlLYX+vqm,求图中粒子vqm,(,(通过lL＋后28E+B中的带电运动粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv+qv++++EB+qvqvmFeFmFeF合力(矢量式)eF=qEmFaeF=mF=+qEvB()=+三、带电粒子在均匀电场和磁场中的运动运动情况较复杂（分析略）受电场力qmFv=B受磁场力E+B中的带电运动粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv29速度选择器速度选择器++++EBv离子源q若Fe=mFqE=qvB即=vBE的粒子匀直运动不偏转被选择FemF速度选择器速度选择器++++EBv离子源q若Fe=mFqE=30霍耳效应+-IIv+v正负载流子在电场作用下的运动方向四、霍耳效应﹡﹡载流导体薄片位于垂直于电流方向的磁场中会在垂直于电流和磁场方向的两端面出现电势差霍耳效应+-IIv+v正负载流子在电场作用下的运动方向四、31霍耳电压霍耳效应+-II+vF0+霍耳电压++++++------B横向电势差的形成霍耳电压霍耳效应+-II+vF0+霍耳电压++++++---32续续+-II0+霍耳电压++++++------BFv+-IIFB0+霍耳电压++++++------v------+横向电势差的形成续续+-II0+霍耳电压++++++------BFv+-I33载流子数密度载流子数密度n+-IB++++++霍耳效应I0+霍耳电压+-IIBF0+霍耳电压v++++++------++++++------+Fvddnnqq1V2V011221V2V0霍耳电压p型半导体(空穴导电)0RH型半导体(电子导电)nRH0RHIB1V2dVRH霍耳系数nq1载流子数密度载流子数密度n+-IB++++++霍耳效应I0+34AMS磁谱仪+中子质子反质子电子反电子反中子nn反氦核nn氦核++nna用磁谱仪(AMS)探测反氦核科普科普AMS磁谱仪+中子质子反质子电子反电子反中子nn反氦核nn氦35续nn++nn+B质子反质子电子反电子反氦核氦核+nn++nna用