物理課件21-24第27章磁場

第27場開篇問題——靜止的電運(yùn)動(dòng)的電載流導(dǎo)其他磁§27- 磁磁鐵產(chǎn)生的磁基本磁現(xiàn)N、S極同時(shí)存同號(hào)磁極相斥，異號(hào)磁極相吸對(duì)磁場的描磁力規(guī)定⑴線上任意一點(diǎn)的切向代表該⑵垂直通過某點(diǎn)單位面積上的磁力線數(shù)目反映磁場分布的直地球的磁地磁偏練習(xí)地磁場在兩極附近大還是赤道附近一些磁場約3×10-10T內(nèi)磁場分

地球磁場5×10-5T達(dá)108T

場可大于2T勻強(qiáng)磁§27-2 生磁奧斯特實(shí) 通電導(dǎo)線附近的磁磁場方向——右手定磁場強(qiáng)§27-3磁場對(duì)載流導(dǎo)線的作用感應(yīng)強(qiáng)磁感應(yīng)為形象描述磁場分布情況,的閉合曲線--磁感應(yīng)線代表磁場的強(qiáng)弱和方向。I I IIIII直電

圓電

螺線管電的大磁感應(yīng)強(qiáng)（3）⑵垂直通過某點(diǎn)單的大磁感應(yīng)強(qiáng)（3）通電導(dǎo)線在磁場中受力（安培力）的大FB矢量表F=Il練習(xí)

一電流為的導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的磁場中，假定導(dǎo)線的長度不變，要使導(dǎo)線所受的力減小到原來的一半需要將電流與磁場方向的夾角從90°減小到將電流與磁場方向的夾角從90°減小到將導(dǎo)線將磁感應(yīng)強(qiáng)度減小一以上選項(xiàng)都討論兩 情

BF B

Fmax 例題27-1作用在載一根長度l=12c的載流導(dǎo)線通以30的電流，導(dǎo)線與磁力線之間的夾角θ=60o。磁場近似勻強(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。F=IlF=IlBsin(30A)(0.12m)(0.9T)(0.866)例題27-2磁場的測一矩形線圈如圖豎直放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外。磁場是勻強(qiáng)的，矩形線圈的上半部分不在磁場中，要使線圈受力平衡,需要施加拉力F=3.48×10-2N。此時(shí)通過線I=0.245A，問磁感應(yīng)強(qiáng)度是多 Fy然后I在磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場中，通過一半徑為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I

z各段電流元受到的安培力數(shù)值上都等dF方向沿徑向向FdF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yFdFy由幾何關(guān)

dFydFsinBIdlsindlRd上兩式代入F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

ò= sinq×dq=ò0均勻磁場中任意形狀載流導(dǎo)線推例題27-3作用在半圓載流線圈上的安培一剛性導(dǎo)線，通過的電流為，是由半徑為RB中。注意x軸和y軸的選擇，在磁場中的直線部分導(dǎo)線長度為l載流導(dǎo)線在磁場B中所受的安培力。電流

dldF=IdldFIB0F

dFsin

整個(gè)半圓形導(dǎo)線所受00 0 一般情況下，如果帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用，此磁場力叫vB洛倫茲力為FFqv大小：FqvB方向vB的方（右手螺旋定則vv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vvF粒子作勻速直Fqv0BRRT軌qv0Bm軌 半R周角頻

如果v0B斜交成粒子作螺旋運(yùn)動(dòng)，半

Rmv

mv

sin周

B v v螺hv//T

注意:螺距僅與例題27-5作用在質(zhì)子上的一個(gè)質(zhì)子以5×106m/s速度在一勻強(qiáng)磁場中運(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。 81014B (1.61014C)(5106m/例題27-7均勻磁場中電子的運(yùn)一個(gè)電子以2×107m/s在垂直于0.01的磁場中運(yùn)動(dòng)，求其運(yùn)動(dòng)軌跡。FqvB

r (9.11031kg)(2107m/s) (1.61019C)(0.01T

102m右手定則小速度選

Fq(Ev洛倫茲一些電子器件和設(shè)備需要一束帶電粒子以近乎相同的速入向紙面內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電場強(qiáng)度E從陽極板指向陰洛倫茲F1DAICF1DAICBF'FF2F'2

磁場垂直，線圈平面與磁場方向夾角為矩形線圈AD與BC邊受力大小為：F1BIl1AD與BC邊受力在同一直線

FF AB與CD邊受力大小為

2這兩個(gè)邊受力不在同一直線上，形成一力偶，力l1它 圈上形成的力偶矩MF2l1cosBIl1l2 BISS 為線圈面積，圖中為線圈平面法向與磁方向的夾角，與為互余的關(guān)

FF 用代替，可得到力MBIS

若線圈為N匝，則線圈所受力偶MNBIS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；用矢量式表示磁場對(duì)線Mm

FF 可以證明，上式不僅對(duì)矩形線圈成立，對(duì)于均勻磁場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，在磁場中受到的力矩都適用。討論=/2，線圈平面與磁場方向相互平行，力矩最大，這討論向垂直，力矩為零，線圈處于

FF 力為零，但為不穩(wěn)定平衡，Bm反向，微小擾動(dòng)，綜上所述，的磁矩轉(zhuǎn)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。例題27-12氫原子的磁求氫原子中電子環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)的磁矩，假設(shè)軌0.529×10-10m解：電子由庫侖力束縛在圓軌

0r0(8.99109Nm2/C2)(1.61019(9.111031kg)(0.5291010轉(zhuǎn)動(dòng)電子的等效IA ev(r2)1evr

Ie

2.19106m/ 1(1.601019C)(2.19106m/s)(0.5291010m)9.271024A2§27-6霍耳效1879年，霍耳（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)，把一載流則在與磁場和電流兩者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差。稱為霍耳效應(yīng)，這電勢差稱為霍耳電勢差。金半導(dǎo)實(shí)驗(yàn) ，在磁場不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢差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。U

V

R RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)實(shí)分設(shè)載流子qv分

Fm Fe動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：qEHqvB vdUV1V2EHbvBb Ijbdqnv

U11qn1 U

RH霍耳效應(yīng)的應(yīng)

U

1RH11、確定半導(dǎo)體的類n型半導(dǎo)體載流子為

R p型半導(dǎo)體載流子為帶正電的空各個(gè)領(lǐng)域中得到越來越普遍的應(yīng)用。例題27-13由霍爾一個(gè)長銅片寬度1.8cm，厚度1mm，放置在1.2T磁場中。當(dāng)一穩(wěn)定電流1.5A流經(jīng)銅片時(shí)，測得霍爾電壓為1.02μ。求銅中自由電子的漂移速度。

4.7105m/dn