電磁學(xué)第課時(shí)

安培力和洛侖茲力安培力的應(yīng)用洛侖茲力應(yīng)用內(nèi)容提要1一.安培力的應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院1.安培力公式及其理解問(wèn)題1：安培定律表達(dá)式?定義磁感應(yīng)強(qiáng)度：去掉下標(biāo)，得電流元在磁場(chǎng)B中的受力公式：討論：a.特殊情況下，其表達(dá)式如何？b.比較長(zhǎng)的任意形狀的電流受力如何求解？2例題1: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。Ixy由電流分布的對(duì)稱性分析導(dǎo)線受力的對(duì)稱性解：安培力的應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院1.安培力求解3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。Ixy安培力的應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院4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):二.洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院1.洛侖茲力的大小和方向5一般情況下，如果帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向成夾角時(shí)。大?。悍较颍旱姆较蚵鍋銎澚?yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院思考1：洛侖茲力和安培力的關(guān)系如何呢？請(qǐng)閱讀教材.6例題2:宇宙射線中的一個(gè)質(zhì)子以速率v=1.0×107m/s豎直進(jìn)入地球磁場(chǎng)內(nèi)，估算作用在這個(gè)質(zhì)子上的磁力有多大？這個(gè)力約是質(zhì)子重量(mg=1.6×10-26N）的109倍，因此當(dāng)討論微觀帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般可以忽略重力的影響。解:在地球赤道附近的地磁場(chǎng)沿水平方向，靠近地面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度約為B=0.3×10-4T，已知質(zhì)子所帶電荷量為q=1.6×10-19C

，按洛侖茲力公式，可算出場(chǎng)強(qiáng)對(duì)質(zhì)子的作用力為洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院72.霍耳效應(yīng)洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院8

在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加一磁場(chǎng)，則平行磁場(chǎng)的兩面出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象是1879年美國(guó)物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳效應(yīng)。該電勢(shì)差稱為霍耳電勢(shì)差

。洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院9實(shí)驗(yàn)指出，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢(shì)差

U與電流強(qiáng)度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)。洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院10導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的載流子在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，正負(fù)載流子受到的洛侖茲力剛好相反，在板的上下底面積累了正負(fù)電荷，建立了電場(chǎng)

EH，形成電勢(shì)差。導(dǎo)體中載流子的平均定向速率為v，則受到洛侖茲力為qvB，上下兩板形成電勢(shì)差后，載流子還受到一個(gè)與洛侖茲力方向相反的電場(chǎng)力qEH，二力平衡時(shí)有：++++----EHB洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院11設(shè)載流子濃度為n，則電流強(qiáng)度與載流子定向速率的關(guān)系為：++++----EHB洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院12例題3:把一寬為2.0cm，厚1.0cm的銅片,放在B=1.5T的磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)垂直通過(guò)銅片。如果銅片載有電流200A，求呈現(xiàn)在銅片上下兩側(cè)間的霍耳電勢(shì)差有多大？霍耳電勢(shì)差解每個(gè)銅原子中只有一個(gè)自由電子，故單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n即等于單位體積內(nèi)的原子數(shù)。已知銅的相對(duì)原子質(zhì)量為64，1mol銅（0.064kg）有6.0×1023個(gè)原子（阿伏加得羅常數(shù)），銅的密度為9.0×103kg/m3，所以銅片中自由電子的密度洛侖茲力應(yīng)用溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院13銅片中電流為200A時(shí)，霍耳電勢(shì)差只有22μV，可見在通常情況下銅片中的霍爾效應(yīng)是很弱的。在半導(dǎo)體中，載流子濃度n遠(yuǎn)小于單位金屬中自由電子的濃度，因此可得到較大的霍耳電勢(shì)差。在這些材料中能產(chǎn)生電流的數(shù)量級(jí)約為1mA，如果選用和例中銅片大小相