物理课件-第十四章-磁力

大小：方向：§14.1

带电粒子在磁场中的运动洛仑兹力第一页第二页，共33页。（1）运动方向与磁场方向平行+Bv2.带电粒子在均匀磁场中的运动－－匀速直线运动第二页第三页，共33页。（2）运动方向与磁场方向垂直FR

B+v匀速圆周运动周期半径第三页第四页，共33页。（3）运动方向沿任意方向螺距－－沿螺旋线轨道运动Bh

+v半径第四页第五页，共33页。+-

P

N

B3.应用电场和磁场控制带电粒子的实例（1）质谱仪R速度选择质谱分析：利用不同质量而带同样电量的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不同，从而测定带电粒子的质量的仪器。第五页第六页，共33页。

（2）磁聚焦－－近似与速度方向无关。

使发散角不太大的带电粒子束汇聚到一点的现象第六页第七页，共33页。（3）磁约束磁镜逐渐增加的磁场中使作螺旋运动的带电的粒子发生“反射”。约束带电粒子的磁场分布第七页第八页，共33页。用两个电流方向相同的线圈产生一个中间弱两端强的磁场。这一磁场区域的两端就形成两个磁镜，平行于磁场方向的速度分量不太大的带电粒子将被约束在两个磁镜间的磁场内来回运动而不能逃脱。第八页第九页，共33页。§14.5

带电粒子在磁场

中的运动第九页第十页，共33页。第十页第十一页，共33页。极光：由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象。第十一页第十二页，共33页。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。绚丽多彩的极光第十二页第十三页，共33页。§14.2

霍尔电压bhII+++++++++++++BUH-vFeFm一.霍尔效应现象---------------

-------------------------------

在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差

。第十三页第十四页，共33页。二.霍尔电压导体中载流子的平均定向速率为v，则受到洛仑兹力为Fm=-evB，上下两板形成电势差后，载流子还受到一个与洛仑兹力方向相反的电场力Fn=－eEH，二力平衡时有：bhII+++++++++++++BUH-vFeFm---------------

-------------------------------

第十四页第十五页，共33页。在磁场不太强时，霍耳电势差

U与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的宽b成反比。霍耳效应的应用：

霍尔电压仅与材料有关bhII+++++++++++++BUH-vFeFm---------------

-------------------------------

第十五页第十六页，共33页。§14.3

载流导线在磁场中受的力一.安培定律设导线中单位体积中有n个载流子，每个载流子电荷都是q,各载流子以漂移速度v运动，每个载流子受的磁场力为：则电流元所受到的磁力为：在电流元中的载流子数为安培力第十六页第十七页，共33页。二.载流导线所受磁场力一段有限长载流导线L受的磁力：例P10814.1、14.2第十七页第十八页，共33页。例题1、有一段弯曲导线ab

通有电流I，求此导线在如图所示均匀磁场中受的力？

l与磁感应强度B在同一平面内，所以，该力方向垂直于纸面向外。第十八页第十九页，共33页。ROBv×××××××××××××××××××××××××IROqxFdvyFdvFdvBvlIdv结果表明：半圆形载流导线上所受的力与其两个端点相连的直导线所受到的力相等。第十九页第二十页，共33页。一.载流线圈在均匀磁场中所受磁力矩1.矩形线圈

abdcl1l2O1Fv'1Fv2Fv'2FvBvO'Ia§14.3

载流导线在磁场中受的磁力矩第二十页第二十一页，共33页。l1abO'2Fv2FvnevBvÄŸqaIS第二十一页第二十二页，共33页。讨论：（1）θ=/2，线圈平面与磁场方向相互平行，力矩最大，这一力矩有使θ减小的趋势。（2）θ=0，线圈平面与磁场方向垂直，力矩为零，线圈处于平衡状态。综上所述，任意形状不变的平面载流线圈作为整体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈的磁矩转到磁感应强度的方向。l1abO'2Fv2FvnevBvÄŸqa（3）θ=，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩为零，但为不稳定平衡，与反向，微小扰动，磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。第二十二页第二十三页，共33页。2.一般平面线圈在匀强磁场中的受力和力矩

IS线圈的磁矩：（N匝）

磁矩的单位

A﹒m2N﹒m/TJ/T第二十三页第二十四页，共33页。二.磁矩在均匀磁场中的势能l1abO'2Fv2FvmvBvÄŸqja△Wm为磁矩在均匀磁场中的势能增量。磁矩m与B之间的夹角，由θ1增大到θ2的过程中，外力需克服磁力矩做的功为：第二十四页第二十五页，共33页。l1abO'2Fv2FvmvBvÄŸqja第二十五页第二十六页，共33页。OBAXYRlIdvqqd第二十六页第二十七页，共33页。解：第二十七页第二十八页，共33页。电流I1在电流I2处所产生的磁场为：问题：两平行长直载流导线，相距为d,求：每单位长度线段所受的作用力。导线2上dl2长度受力为1、平行载流直导线间的相互作用dI2§14.5平行载流导线间的相互作用力第二十八页第二十九页，共33页。电流I2在电流I1

处所产生的磁场为：dI2第二十九页第三十页，共33页。§15.6

平行电流间的相互作用力令

I1=I2=I,

d=1m,F1=F2=F=2×10-7N，则

I=1A——电流单位安培的定义。2.电流单位安培的定义：在真空中有两根平行的长直线，它们之间相距1m，两导线上电流流向相同，大小相等，调节它们的电流，使得两导线每单位长度上的吸引力为2×10-7N·m-1，我们就规定这个电流为1A。第三十页第三十一页，共33页。1.带电粒子在磁场中的运动(均匀磁场中运动电荷受