大学物理之磁场.ppt

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1、1,洛仑兹力：运动电荷在磁场中受力,垂直于 与 组成的平面.,带电粒子在电磁场中运动,2,洛伦兹力永远不对粒子作功。它只改变粒子运动的方向，而不改变它的速率和动能。,当q0时，方向,当q0时，方向,3,二 带电粒子在均匀磁场中运动,F=0,粒子做匀速直线运动,运动粒子在均匀磁场中受洛仑磁力,1,4,粒子在垂直于磁感应强度的 的平面内，作匀速圆周运动。,2,5,回旋半径和回旋频率,回旋频率与粒子的速率和半径无关，这是磁聚焦和回旋加速器的基本理论依据。,6,与 不垂直,螺距,3,7,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 与 之间的夹角 不同，但都较小，这些粒子沿半径

2、不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，相交于屏上同一点，此现象称为磁聚焦.,8,三 带电粒子在电场和磁场中所受的力,电场力,磁场力（洛伦兹力）,运动电荷在电场和磁场中受的力,9,四 带电粒子在电场和磁场中运动举例,霍耳效应,10,11,讨论：导体中自由电子的浓度很大(约1029/m3)，霍耳效应不明显；半导体有明显的霍耳效应；n型半导体：载流子以电子为主p型半导体：以带正电的空穴为主,测定霍耳系数(或霍耳电势差)：可判定载流子正负，测定载流子浓度。,12,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,P 型半导体,13,一 安培力：磁场中载流导线受到的磁力,电流元

3、所受的安培力,大小：,方向：从 经小于180o的角转到，伸直大拇指指向,垂直由 和 构成的平面。,14,洛仑兹力与安培力的关系,结果与安培力的公式符合，方向也一致.,15,洛伦兹力作用在电子上安培力作用在导体上,作用在不同对象上,自由电子受力后，不会越出金属导线，而是将获得的冲量传递给金属晶格骨架，使骨架受到力,结论：安培力是电子受洛伦兹力的宏观表现,16,有限长载流导线所受的安培力,矢量积分,一般是将电流元受的力按选定的方向分解，对各分量积分，而后再求合力。,17,均匀磁场中直载流导线受力,方向：用右手螺旋法则判断。,18,均匀磁场中曲线电流受力,由于,均匀磁场中曲线电流受的安培力，等于从起

4、点到终点的直线电流所受的安培力。,19,I,A,B,均匀磁场中闭合载流导线的合力为_,非均匀场情况,将每个电流元的受力沿坐标轴进行分解，并分别积分，得到整个导线的受力分量，然后将分量值进行合成。即,0,20,例1 在无限长载流直导线 I1 旁，平行放置另一长为L的载流直导线 I2,两根导线相距为 a，求导线 I2所受到的安培力。,解：电流 I1 上产生非均匀场,I2 受到的安培力方向如图所示，,21,其中,安培力大小：,22,例1 在无限长载流直导线 I1 旁，平行放置另一长为L的载流直导线 I2,两根导线相距为 a，求导线 I2所受到的安培力。,解：由于电流 I2 上各点到电流 I1 距离相

5、同，I2 各点处的 B 相同，,I2 受到的安培力方向如图所示，,23,其中,安培力大小：,同向电流，相互吸引；反向电流，相互排斥,24,dF21,电流比电量容易测,把安培定为基本单位,真空中相距1m的两无限长平行直导线内保持一恒定电流，若两导线间产生的力在每米长度上等于210-7N，则导线中的电流强度定义为1A,25,例2 在无限长载流直导线 I1 旁，垂直放置另一长为 L 的载流直导线 I2,I2 导线左端距 I1 为 a，求导线 I2 所受到的力。,解,建坐标系,原点选在 I1上,电流元受安培力大小为：,其中,分割电流元，长度为 dx,26,方向：垂直电流I2平行电流I1,27,例 3

6、如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直.回路由直导线 AB 和半径为 的圆弧导线 BCA 组成，电流为顺时针方向，求磁场作用于闭合导线的力.,28,圆弧微元受力,解,A,B,C,o,直导线受力受力,根据对称性,29,由于,因,故,A,B,C,o,r,30,解 取一段电流元,例 4 求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知 和.,31,结论 任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.,32,二 磁场作用于载流线圈的磁力矩,在均匀磁场中刚性矩形线圈不发生形变；合力=0，合力矩？,33,均匀磁场中有一

7、矩形载流线圈MNOP，可绕竖直轴转动,34,线圈有N匝时,线圈的总磁矩,35,具有普遍意义可适用于在均匀场中任意平面线圈也适用于带电粒子沿任意闭合回路的运动在磁场中受的力矩。,36,稳定平衡,讨 论,（1）与 同向,外界的扰动使线圈稍有偏离，磁场的力矩会使它回到平衡位置。,37,如果外界的扰动使线圈稍有偏离，磁场的力矩会使它继续偏转。,线圈受力矩为0,（2）与 反向,不稳定平衡,38,（3）与 垂直,力矩最大,I,B,.,39,结论: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,40,例4 如图半径为0.20 m，电流为20 A，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中，磁感应强度的

8、大小为0.08 T，方向沿 x 轴正向.问线圈受力情况怎样？线圈所受的磁力矩又为多少？,41,解 把线圈分为JQP和PKJ两部分,42,练习1.如图所示，在真空中有一半径为a的 圆弧形的导线，其中通以稳恒电流I，导线置于均匀外磁场B中，且B与导线所在平面垂直，则该载流导线所受的磁力大小为.,作业：17,21-25,43,练习2.如图所示，均匀磁场中放一均匀带正电荷的圆环，其电荷线密度为l，圆环可绕与环面垂直的转轴旋转。当圆环以角速度转动时，圆环受到的磁力矩大小，方向.,向上,44,练习3 在长直导线旁有一矩形线圈,导线中通有电流 A,线圈中通有电流 A.已知 cm,cm,cm,求矩形线圈上受到的合力是多少？,方向向左.,45,练习4 一无限长直载流导线与一正三角形载流线圈共面，三角形一边与直导线平行，若长直导线固定不动，则载流三角形线圈将（A）向着长直导线共面平移（B）共面平移离开长直导线（C）转动；（D）不动。,（A）,作业：17,22-25,