運動電荷電流在磁場中所受的力

運動電荷電流在磁場中所受的力第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三二、運動電荷(帶電粒子)在磁場中的運動1.均勻磁場中（1）如果與相互(反)平行粒子作勻速直線運動。（2)如果與垂直粒子作勻速圓周運動。提示：可根據(jù)粒子軌跡判斷粒子所帶電荷的正負(fù)。(示例見下頁)第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三電子的反粒子電子偶顯示正電子存在的云室照片及其摹描圖鋁板正電子電子1930年狄拉克預(yù)言自然界存在正電子第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三粒子作螺旋運動（3）如果與斜交成角0應(yīng)用磁聚焦第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三磁聚焦在均勻磁場中點A發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子,它們的運動方向與磁場方向之間的夾角不同,但都較小,這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動,因螺距近似相等,相交于屏上同一點(A’),此現(xiàn)象稱為磁聚焦.聚焦磁極應(yīng)用電子光學(xué)，電子顯微鏡等.第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三2.帶電粒子在非均勻磁場中運動(特征)1)向磁場較強方向運動時，螺旋半徑不斷減小.2)粒子受到的洛侖茲力恒有一個指向磁場較弱方向的分力,可使粒子沿磁場方向的速度減小到零,從而反向運動.非均勻磁場應(yīng)用磁鏡第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三磁鏡磁場：軸對稱中間弱兩邊強

粒子將被束縛在磁瓶中磁鏡：類似于粒子在反射面上反射（名稱之來源）在受控?zé)岷朔磻?yīng)中用來約束等離子體第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三1質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜...................................................................+-速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖三粒子在電場和磁場中的其他應(yīng)用(了解)第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三2回旋加速器1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室.此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎.第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三頻率與半徑無關(guān)到半圓盒邊緣時回旋加速器原理圖NSBO~N第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三我國于1994年建成的第一臺強流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素.第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三3霍耳效應(yīng)(了解)第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三霍耳系數(shù)I霍耳電壓++++

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+-----第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三I++++---P型半導(dǎo)體+-霍耳效應(yīng)的應(yīng)用（2）測量磁場霍耳電壓（1）判斷半導(dǎo)體的類型+++---N型半導(dǎo)體-I+-第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三量子霍爾效應(yīng)（1980年）霍耳電阻第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三整個載流導(dǎo)線受力§5磁場對電流的作用安培力一、安培定律安培指出,任意電流元在磁場中受力為第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三二、應(yīng)用:主要用于：A載流導(dǎo)線受力

均勻磁場非均勻磁場B載流線圈受力和力矩第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三例1(A):在均勻磁場B中有一段彎曲的導(dǎo)線ab,通有電流I,求此段導(dǎo)線受的磁場力。

解:彎曲導(dǎo)線ab可分為若干電流元積分：可見,在勻強磁場中,彎曲導(dǎo)線受的磁場力等于從起點到終點的直導(dǎo)線所受的磁場力.(化曲為直思想)IBabIdll大?。悍较颍旱谑隧?，共三十三頁，編輯于2023年，星期三練習(xí):求載流導(dǎo)線在均勻磁場中受力又如勻強磁場中的導(dǎo)線：圓弧受的力：RBaboIoRIabB圓弧受的力：若此導(dǎo)線是閉合線圈呢?0第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三思考:求垂直于均勻磁場的載流圓形導(dǎo)線中的張力。IRBTT第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三例2(A):如圖所示長直電流I1和長為L的電流I2垂直共面,相距為a.求I2受I1的磁場力解:建坐標(biāo)系如圖在坐標(biāo)x處取電流元安培力電流I1在x處磁感強度為方向如圖非均勻磁場中導(dǎo)線受力題型!大小為第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三因為各電流元受力方向相同,所以大小直接相加,合力為：方向：垂直電流I2平行電流I1練習(xí):如圖長直電流I1和長為L的電流I2平行共面，相距為a。求I2受I1的磁場力。第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三練習(xí):無限長直電流I1和線段AB(AB=L,通有電流I2)在同一平面內(nèi),求AB受的磁力及對A點的磁力矩。（僅做了解）提示:由于每個電流元受力方向相同(如圖)M=I2I1dABdFxdx第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三例3(B):求磁場作用于載流線圈的磁力矩如圖均勻磁場中有一矩形載流線圈MNOPMNOPI線圈有N匝時第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三IB.....................IB××××××××××××××××××××××××BI穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡討論（1）與同向（2）方向相反（3）方向垂直力矩最大注意:均勻磁場中,任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三練習(xí)：一半徑為R的半圓形閉合線圈,通有電流I,線圈放在均勻外磁場B中,B的方向與線圈平面成300角,如右圖,設(shè)線圈有N匝,問：(1)線圈的磁矩是多少？(2)此時線圈所受力矩的大小和方向？(3)圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時，磁力矩作功是多少？解：1）線圈的磁矩pm的方向與B成600夾角第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三磁力矩的方向由確定,為垂直于B的方向向上。即從上往下俯視,線圈是逆時針.(2)此時線圈所受力矩的大小為(3)線圈旋轉(zhuǎn)時,磁力矩作功為磁力矩作功,注意力矩和角位移的方向性!第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三非均勻磁場線圈受力題型例4(B):如圖,載流導(dǎo)線的電流為I1,圓形線圈載流為I2,圓形線圈的直徑與載流導(dǎo)線重合且絕緣求:圓形線圈所受的作用力解：由對稱性如圖建立坐標(biāo)因于是線圈受力沿著X軸負(fù)方向,其大小為?若線圈電流為順時針方向,試判斷圓形導(dǎo)線框的運動。第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三求下列電流之間的相互作用(定性)：①②④⑤③I1xyzI2第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三設(shè)一均勻磁場B垂直紙面向外，閉合回路abcd的邊ab可以沿da和cd滑動，ab長為l，電流I，ab邊受力方向向右∴ab邊運動到a/b/位置時作的功即功等于電流乘以磁通量的增量。附錄磁力的功1、磁力對運動載流導(dǎo)線的功abcdIa/b/第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三

在勻強磁場中當(dāng)電流不變時，磁力的功等于電流強度乘以回路所環(huán)繞面積內(nèi)磁通的增量即2、磁場對轉(zhuǎn)動載流線圈的功設(shè)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動微小角度d時，使線圈法線n與B之間的夾角從變?yōu)?d,線圈受磁力矩d第三十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期三則M作功，使減少，所以磁力