大學物理課件——磁力

1、21-1 21-1 運動帶電粒子在磁場中的受力運動帶電粒子在磁場中的受力21-2 21-2 霍耳效應霍耳效應21-3 21-3 載流導線在磁場中的受力載流導線在磁場中的受力21-4 21-4 磁場對載流線圈的作用磁場對載流線圈的作用21-5 21-5 平行載流導線間相互作用力平行載流導線間相互作用力主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第二十一章第二十一章 磁力磁力一一. .洛侖茲力洛侖茲力21-1 21-1 運動帶電粒子在磁場中受的力運動帶電粒子在磁場中受的力表達式：表達式： BvqFL 特特 點：點： 洛倫磁力永遠不會對運動電荷作功。洛倫磁力永遠不會對運動電荷作功。二、帶電粒子在均勻磁場中的運動二、帶電粒子在

2、均勻磁場中的運動粒子作勻速直線運動粒子作勻速直線運動00 BvqF1 1、 與與 平行時平行時: :0vB設粒子的電量設粒子的電量 , ,質(zhì)量質(zhì)量 , , 初速度初速度 ，磁場：，磁場：0vq mBRvmBvqoo2 BqmRvo BqmvRT220 2 2、 與與 垂直時垂直時: :v0B粒子作勻速率圓周運動粒子作勻速率圓周運動BvqFoL LFBqvFFLn0 mqBov與速率無關與速率無關半徑：半徑：周期：周期：nnmaF 3 3、 與與 成成 時時: :0vB B0vvvsin0 cosovv 粒子作螺旋線運動粒子作螺旋線運動BqmT2 cos2ovBqmTvh 螺距（在一個周期內(nèi)沿磁

3、場方向行進的距離）螺距（在一個周期內(nèi)沿磁場方向行進的距離）Bqvmsin0 BqvmR 應用：磁聚焦應用：磁聚焦 磁聚焦磁聚焦 磁約束磁約束用途：判斷半導體類型用途：判斷半導體類型 測測載流子濃度、載流子濃度、磁場等磁場等18791879年美國物理學家霍耳發(fā)現(xiàn)：年美國物理學家霍耳發(fā)現(xiàn)：21-2 21-2 霍耳效應霍耳效應載流金屬薄板放入磁場中載流金屬薄板放入磁場中霍耳電勢差：霍耳電勢差：nqdIBUH 半導體半導體: P: P型型: :載流子帶正電載流子帶正電 n n型型: :載流子帶負電載流子帶負電BqqEv HbEUH Hbdqnv SqnIv Bbv -BqFmFevHBvNqFd lB

4、lIdFdFB整個電流受力：整個電流受力：IIdl21-3 21-3 載流導線在磁場中受的力載流導線在磁場中受的力產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：載流導線中載流導線中電子定向移動時受洛侖茲力電子定向移動時受洛侖茲力一、安培定律一、安培定律取電流元取電流元 ,受力受力:lId安培定律安培定律BlIdFd InqvSBvnSdlq )b()a(BlIdFBl dIba )()()(均勻磁場均勻磁場: :Bl Iab FBIablab注意使用的條件！注意使用的條件！均勻磁場，載流直導線，電流與磁場垂直：均勻磁場，載流直導線，電流與磁場垂直：Bl I 導導線線FIlBF 例例1:1:在在均勻磁場均勻磁場中放置一半

5、徑為中放置一半徑為R R的半圓形導線的半圓形導線, ,電流強度為電流強度為I I， 導線兩端連線與磁感強度方向夾角導線兩端連線與磁感強度方向夾角 =30=30。 求：此段圓弧電流受的磁力。求：此段圓弧電流受的磁力。B ab均勻均勻磁場磁場BIlFabsin IBR 磁力磁力方向：方向：FIRlab2 解：解：磁力大?。捍帕Υ笮。築l Iab F例例2 :2 :圓柱形磁鐵圓柱形磁鐵 N 極上方水平放置一個載流導線環(huán)，半徑為極上方水平放置一個載流導線環(huán)，半徑為R, 導線所在處磁場導線所在處磁場B, 方向與豎直方向成方向與豎直方向成 角角.求：載流導線環(huán)所受的力。求：載流導線環(huán)所受的力。圓環(huán)受的總磁

6、力的方向：在鉛直方向，圓環(huán)受的總磁力的方向：在鉛直方向， sindFFFz sin2 RIB RodlIB2sinFdlIdRNzBFd解：解：對稱性分析：對稱性分析：oIdlBdF90sin dFdFzsin B例例3 3 測定磁感應強度常用的實驗裝置測定磁感應強度常用的實驗裝置-磁秤如圖所示磁秤如圖所示, ,它它的一臂下面掛有以矩形線圈，寬為的一臂下面掛有以矩形線圈，寬為b b，長為長為l l，共有共有N N匝，線圈匝，線圈的的下端放在待測的均勻磁場中，的的下端放在待測的均勻磁場中，其平面與磁感應強度垂直，當線其平面與磁感應強度垂直，當線圈中通有電流圈中通有電流I I時，線圈受到一時，線圈

7、受到一向上的作用力，使天平失去平衡，向上的作用力，使天平失去平衡，調(diào)節(jié)砝碼調(diào)節(jié)砝碼m 使兩臂達到平衡。使兩臂達到平衡。求求: :待測磁場的磁感應強度。待測磁場的磁感應強度。BI解：解：線圈的底邊上受到安培力：線圈的底邊上受到安培力：NBIbF 方向向上方向向上天平恢復平衡時，天平恢復平衡時，mgNBIb NIbmgB 待測磁場的磁感應強度：待測磁場的磁感應強度：F2BIlFFCDAB 力偶力偶 合力矩：合力矩：BPMm 二、二、均勻均勻磁場對平面載流線圈的作用磁場對平面載流線圈的作用21-4 21-4 磁場對載流線圈的作用磁場對載流線圈的作用0 合合F合力：合力：一、載流線圈的磁矩：一、載流線

8、圈的磁矩：SNIPm 記記記記討論：討論：3 3）上式不僅適用矩形線圈，也適于任意形狀的線圈）上式不僅適用矩形線圈，也適于任意形狀的線圈, 0 1 1）當當 時，時， 線圈處于平衡狀態(tài)；線圈處于平衡狀態(tài)； 0 M2 2）當當 時，時，BISMM max結(jié)論：磁力矩總是使磁矩轉(zhuǎn)到磁感應強度的方向結(jié)論：磁力矩總是使磁矩轉(zhuǎn)到磁感應強度的方向BPMm 合合BI1FmP2F大?。捍笮。?sinBPMm 合合方向：方向：一一致致與與BPm dIBo 211電流電流 I1在電流在電流 I2處產(chǎn)生的磁場為：處產(chǎn)生的磁場為：I2上取上取dl長長:ddlIIdlBIdFo 221122dIIdldFFo 22122單位長度載流導線受力單位長度載流導線受力: :21-5 21-5 平行載流導線間相互作用力平行載流導線間相互作用力思考思考: :多根平行長直載流導線如何多根平行長直載流導線如何? ?I1I2I3d1d21Id2I安培力的功安培力的功:mIA BIFabdcabBI d記記1 1、載流導線在磁場中平動、載流導線在磁場中平動 BIFabd