第七章 磁力 电磁学

第七章磁力电磁学1第1页，课件共30页，创作于2023年2月电流（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2第2页，课件共30页，创作于2023年2月第七章磁力一、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3第3页，课件共30页，创作于2023年2月一、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4第4页，课件共30页，创作于2023年2月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：5第5页，课件共30页，创作于2023年2月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(1T=104G)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。IB(2)磁力线总是与电流相互套合,满足右手螺旋关系。6第6页，课件共30页，创作于2023年2月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7第7页，课件共30页，创作于2023年2月应用－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8第8页，课件共30页，创作于2023年2月应用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/2E6.对带电粒子的作用速度选择器9第9页，课件共30页，创作于2023年2月应用2－回旋加速器（使带电粒子获得高速的装置）10第10页，课件共30页，创作于2023年2月原理当正离子从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11第11页，课件共30页，创作于2023年2月应用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。Ub空穴导电12第12页，课件共30页，创作于2023年2月霍尔效应的应用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。13第13页，课件共30页，创作于2023年2月应用4

磁流体喷水潜艇、船14第14页，课件共30页，创作于2023年2月15第15页，课件共30页，创作于2023年2月▲磁流体船B电流BF

海水进水出水发动机接发电机IF电极16第16页，课件共30页，创作于2023年2月应用5

电磁轨道炮（书P280习题8.24）II导电导轨金属熔块如铜块B弹块

BFmII106A导电气体~106g

，在1ms内，弹块速度可达10km/s17第17页，课件共30页，创作于2023年2月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。18第18页，课件共30页，创作于2023年2月二、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19第19页，课件共30页，创作于2023年2月安培力的实质：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20第20页，课件共30页，创作于2023年2月例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。21第21页，课件共30页，创作于2023年2月*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。22第22页，课件共30页，创作于2023年2月

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受安培力等大、反向，可抵消;线段ab,dc受力相大、反向，不在一条直线对oo/轴形成力矩：abcda(b)d(c)

FF23第23页，课件共30页，创作于2023年2月若是N匝线圈：定义：线圈磁矩讨论：结论－在匀强磁场中，平面线圈所受合力为零，它将在磁力矩作用下发生转动而没有平动。2.非匀强磁场对载流线圈的作用由于线圈上各处磁场不一定相同，线圈所受的合力和合力矩一般都不会等于零。所以，线圈除转动外还有平动。磁力矩总是使线圈磁矩的方向转向外磁场方向.24第24页，课件共30页，创作于2023年2月例1在顶点为450的扇形区域，B均匀且方向垂直向里，有一质量m、电量e的电子在底边距顶点为L的地方以v垂直底边射入该区域，为使电子不从上面边界跑出，问电子的速度最大不应超过多少？解：电子在磁场中做圆周运动25第25页，课件共30页，创作于2023年2月例2通有电流I的长直导线在一平面内被弯成如图状，放入磁场中，求整个导线所受的安培力。解：长直导线AC、BD合力为零。由于对称性半园导线受力:26第26页，课件共30页，创作于2023年2月例3铜导线ABCD是边长为a的正方形，可绕0轴无摩擦地转动。导线置于磁场中，方向竖直向上。已知、I、、S，求磁感应强度B大小。解：以

平衡时，必须满足线框的重力矩与线框所受的磁力矩对0轴平衡。重力矩o磁力矩平衡时27第27页，课件共30页，创作于2023年2月例4半径为R的圆盘,带有正电荷,其电荷面密度,k是常数，r为圆盘上一点到圆心的距离，圆盘放在一均匀磁场B中，B与盘面平行。当圆盘以角速度

绕过圆心O点，且垂直与圆盘平面的轴作逆时针旋转时，求圆盘所受磁力距的大小和方向。解：带电园盘旋转形成电流，