物理-課件21-27章磁場(chǎng)

第27章磁場(chǎng)開(kāi)篇問(wèn)題——請(qǐng)猜一猜！以下哪些物質(zhì)放在由磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用？（a）靜止的電荷（b）運(yùn)動(dòng)的電荷（c）載流導(dǎo)線（d）其他磁鐵多選(b)(c)(d)基本磁現(xiàn)象§27-1磁場(chǎng)1

磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)同號(hào)磁極相斥，異號(hào)磁極相吸.N、S極同時(shí)存在；注意：磁極間的排斥和吸引類似于電荷間的相互作用力，但絕不相同。正、負(fù)電荷可獨(dú)立存在；但磁單極子至今尚未找到。磁力線2

對(duì)磁場(chǎng)的描述規(guī)定：⑴線上任意一點(diǎn)的切向代表該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向；⑵垂直通過(guò)某點(diǎn)單位面積上的磁力線數(shù)目反映磁場(chǎng)大小磁場(chǎng)分布的直接證據(jù)地球的磁場(chǎng)地球的磁極與地理兩極并不一致磁北極與真實(shí)（地理）北極之間偏差的角度稱為磁偏角地磁場(chǎng)在兩極附近大還是赤道附近大？練習(xí)A勻強(qiáng)磁場(chǎng)§27-2電流產(chǎn)生磁場(chǎng)奧斯特實(shí)驗(yàn)I在通電的導(dǎo)線附近觀察到小磁針的偏轉(zhuǎn),揭示出電-磁深刻關(guān)系通電導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向——右手定則磁場(chǎng)強(qiáng)弱通電導(dǎo)線受力（安培力）的方向由右手定則確定§27-3磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)線為形象描述磁場(chǎng)分布情況,用一些假想的有方向的閉合曲線--磁感應(yīng)線代表磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。I直電流I圓電流螺線管電流（3）磁感應(yīng)線密集處磁場(chǎng)強(qiáng)；磁感應(yīng)線稀疏處磁場(chǎng)弱。⑴磁感應(yīng)線上任意一點(diǎn)的切向代表該點(diǎn)B的方向；⑵垂直通過(guò)某點(diǎn)單位面積上的磁感應(yīng)線數(shù)目等于該點(diǎn)B的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力（安培力）的大小

一電流為I的導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，假定導(dǎo)線的長(zhǎng)度不變，要使導(dǎo)線所受的力減小到原來(lái)的一半需要將電流與磁場(chǎng)方向的夾角從90°減小到45°將電流與磁場(chǎng)方向的夾角從90°減小到30°將導(dǎo)線中的電流減少一半將磁感應(yīng)強(qiáng)度減小一半以上選項(xiàng)都不能矢量表示矢量練習(xí)C

討論:兩種極端情況例題27-1作用在載流導(dǎo)線上的安培力解：一根長(zhǎng)度l=12cm的載流導(dǎo)線通以30A的電流，導(dǎo)線與磁力線之間的夾角θ=60o。磁場(chǎng)近似勻強(qiáng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度約為0.90T，求作用在載流導(dǎo)線上的安培力。一矩形線圈如圖豎直放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直紙面向外。磁場(chǎng)是勻強(qiáng)的，矩形線圈的上半部分不在磁場(chǎng)中，要使線圈受力平衡,需要施加拉力F=3.48×10-2N。此時(shí)通過(guò)線圈的電流I=0.245A，問(wèn)磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？例題27-2

磁場(chǎng)的測(cè)量然后，求出合力即可。例在磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，通過(guò)一半徑為R的半圓導(dǎo)線中的電流為I。若導(dǎo)線所在平面與B垂直，求該導(dǎo)線所受的安培力。I各電流元受力可分解為x方向和y方向，由電流分布的對(duì)稱性，電流元各段在x方向分力的總和為零，只有y方向分力對(duì)合力有貢獻(xiàn)。解：坐標(biāo)oxy如圖所示各段電流元受到的安培力數(shù)值上都等于方向沿徑向向外，整個(gè)半圓導(dǎo)線受安培力為由安培定律由幾何關(guān)系上兩式代入合力F的方向：

y軸正方向。結(jié)果表明：半圓形載流導(dǎo)線上所受的力與其兩個(gè)端點(diǎn)相連的直導(dǎo)線所受到的力相等.均勻磁場(chǎng)中任意形狀載流導(dǎo)線所受的安培力推論在均勻磁場(chǎng)中任意形狀閉合載流線圈受合力為零例題27-3作用在半圓載流線圈上的安培力

一剛性導(dǎo)線，通過(guò)的電流為I，是由半徑為R的半圓弧和兩條直導(dǎo)線構(gòu)成。該導(dǎo)線垂直放在均勻磁場(chǎng)B中。注意x軸和y軸的選擇，在磁場(chǎng)中的直線部分導(dǎo)線長(zhǎng)度為l。求該載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)B中所受的安培力。解：作用在兩邊直線部分的安培力大小相等，方向相反，它們相互抵消。電流元整個(gè)半圓形導(dǎo)線所受力為大小：方向：的方向一、洛倫茲力一般情況下，如果帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用，此磁場(chǎng)力叫洛倫茲力。方向與磁場(chǎng)方向成夾角時(shí)。洛倫茲力為（右手螺旋定則）§27-4帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí):當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí):帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直，故它只能改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度大小，即洛倫茲力不作功。1.帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)。周期軌道半徑由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力為向心力角頻率（3）如果與斜交成角粒子作螺旋運(yùn)動(dòng)，半徑螺距周期注意:螺距僅與平行于磁場(chǎng)方向的初速度有關(guān)例題27-5作用在質(zhì)子上的洛倫茲力

一個(gè)質(zhì)子以5×106m/s速度在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它豎直向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到8×10-14N向西的力。當(dāng)其水平向北運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力為零。求該區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及方向。例題27-7均勻磁場(chǎng)中電子的運(yùn)動(dòng)路徑

一個(gè)電子以2×107m/s在垂直于0.01T的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，求其運(yùn)動(dòng)軌跡。右手定則小結(jié)速度選擇器

一些電子器件和設(shè)備需要一束帶電粒子以近乎相同的速度運(yùn)動(dòng)。這可通過(guò)使用均勻電場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)獲得，使它們排列得相互垂直。例如，電量為q的粒子穿過(guò)狹縫S1進(jìn)入指向紙面內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電場(chǎng)強(qiáng)度E從陽(yáng)極板指向陰極板。假如粒子以不同的速度進(jìn)入，請(qǐng)說(shuō)明該儀器如何選擇一個(gè)特定的速度。洛倫茲方程如上圖，矩形線圈處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ＡＢ、ＣＤ邊與磁場(chǎng)垂直，線圈平面與磁場(chǎng)方向夾角為矩形線圈，對(duì)邊受力大小應(yīng)相等，方向相反。§27-5載流線圈的力矩；磁偶極矩AD與BC邊受力大小為：AB與CD邊受力大小為：

AD與BC邊受力在同一直線上，相互抵消。這兩個(gè)邊受力不在同一直線上，形成一力偶，力臂為它們?cè)诰€圈上形成的力偶矩為

用代替，可得到力矩為線圈面積，圖中為線圈平面法向與磁場(chǎng)方向的夾角，與為互余的關(guān)系若線圈為N匝，則線圈所受力偶為實(shí)際上m=NIS為線圈磁矩的大小，力矩的方向?yàn)榫€圈磁矩與磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量積；用矢量式表示磁場(chǎng)對(duì)線圈的力矩：

可以證明，上式不僅對(duì)矩形線圈成立，對(duì)于均勻磁場(chǎng)中的任意形狀的平面線圈也成立，對(duì)于帶電粒子在平面內(nèi)沿閉合回路運(yùn)動(dòng)以及帶電粒子自旋所具有的磁矩，在磁場(chǎng)中受到的力矩都適用。（1）=/2，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互平行，力矩最大，這一力矩有使減小的趨勢(shì)。（2）=0，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，力矩為零，線圈處于平衡狀態(tài)。綜上所述，任意形狀不變的平面載流線圈作為整體在均勻外磁場(chǎng)中，受到的合力為零，合力矩使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。（3）=，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互垂直，力矩為零，但為不穩(wěn)定平衡，與反向，微小擾動(dòng)，磁場(chǎng)的力矩使線圈轉(zhuǎn)向穩(wěn)定平衡狀態(tài)。討論：例題27-12氫原子的磁矩

求氫原子中電子環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)的磁矩，假設(shè)軌道半徑為0.529×10-10m。

解：電子由庫(kù)侖力束縛在圓軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)電子的等效電流§27-6霍耳效應(yīng)

1879年，霍耳（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中時(shí)，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流兩者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差。稱為霍耳效應(yīng)，這電勢(shì)差稱為霍耳電勢(shì)差。金屬半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)指出，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢(shì)差

U與電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的寬d成反比。RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。是導(dǎo)體中載流子受到洛倫茲力作用而發(fā)生橫向漂移的結(jié)果。實(shí)質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：設(shè)載流子：霍耳系數(shù)：分析霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2、根據(jù)霍耳系數(shù)的大小的測(cè)定，可以確定載流子的濃度1、確定半導(dǎo)體的類型霍耳效應(yīng)已在測(cè)量技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域中得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。n型半導(dǎo)體載流子為電子p型半導(dǎo)體載流子為帶正電的空