大學(xué)物理磁場(chǎng)對(duì)電流的作用課件

第十一章磁場(chǎng)對(duì)電流的作用NSIIactionofmagneticfieldonthecurrent

Chapter11磁場(chǎng)對(duì)電流的作用第十一章第十一章磁場(chǎng)對(duì)電流的作用NSIIactionof1本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter11安培定律Ampere’slaw磁場(chǎng)對(duì)截流線圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop洛倫茲力Lorenzforce本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter11安培定2第一節(jié)11.1安培定律Ampere’slaw第一節(jié)11.1安培定律Ampere’slaw3安培定律長(zhǎng)度為的載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的安培力ldFlFlIldB若載流導(dǎo)線各電流元受力同向，合力大小Fl0sinqBIldBqldIFd大小sinqBIldFd矢量式FdIldBIldB電流元在磁場(chǎng)中Fd受的作用力（安培力）與方向IldB相同一、安培定律的內(nèi)容一、安培定律的內(nèi)容安培定律長(zhǎng)度為的載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的安培力ldFlF4例一例lBIq均勻磁場(chǎng)F當(dāng)或時(shí)，q0p當(dāng)時(shí)，2pqF0F極大，F(xiàn)maxlBI解法提要dFlFl0sinqBIldl0sinqBIldsinqlBI方向先用安培定律寫出電流元的受力，然后積分。力的大小（一維力）求下圖載流直導(dǎo)線所受的安培力二、安培定律的應(yīng)用二、安培定律的應(yīng)用例一例lBIq均勻磁場(chǎng)F當(dāng)或5例二RBI勻強(qiáng)IO例求下圖半圓電流所受的安培力YXadaldXFdFdyFdXFlXFddFcosaBIldcosa0RdaBIcosa0p0FyldFBIld0daRBI0pFdysinasinasina2RBIF方向沿Y軸正向2RBI故，合力Fy解法提要dFsinqBIld電流元與

正交Bqp2dFBIldXFddFcosasinadFFdyldRda根據(jù)安培定律例二RBI勻強(qiáng)IO例求下圖半圓電流所受的安培力YXadald6載流導(dǎo)線間的作用載流導(dǎo)線間的相互作用載流導(dǎo)線間的作用載流導(dǎo)線間的相互作用7續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用8續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用9兩無限長(zhǎng)直電流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2IaFd=IldBFdld=pmO2Ia21m1A1A令4mO=107pA2可導(dǎo)出mONNm1072=Fdld1兩長(zhǎng)直平行電流的相互作用兩長(zhǎng)直平行電流的相互作用兩無限長(zhǎng)直電流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2Ia10第二節(jié)11.2磁場(chǎng)對(duì)截流線圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop第二節(jié)11.2磁場(chǎng)對(duì)截流線圈的作用actionofmag11磁場(chǎng)對(duì)載流線圈作用nBnInInInI一、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用一、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用磁場(chǎng)對(duì)載流線圈作用nBnInInInI一、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作12續(xù)其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssinqMPmB或其中載流線圈的磁矩PmIsn側(cè)視圖nabcdabFcdFFbcFadBIaqIIIl12l俯視圖cdFadFbcBaqaqnd載流線圈的單位法線abFcdFIl1BFadFbcI2lBsinp2IB2lsinp2Il1B（相互抵消）（一對(duì)力偶）續(xù)其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssin13穩(wěn)定、非穩(wěn)定平衡M外2q01M外M磁nBcd非穩(wěn)定平衡nB與反向M磁nB與同向Bncd穩(wěn)定平衡二、載流線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)二、載流線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定、非穩(wěn)定平衡M外2q01M外M磁nBcd非穩(wěn)定平衡nB與14例三例求下圖載流線圈所受的安培力及對(duì)Y軸的磁力矩解法提要BIXRaxodaFdBYdlIa勻強(qiáng)故力矩MIBpR2dFBIldsinaldRda電流元受力FdFIRBsinada0p2IRB0p2sinada0線圈受力MIBssinqnB載流線圈法線與正交qp2spR2，線圈面積線圈受磁力矩例三例求下圖載流線圈所受的安培力及對(duì)Y軸的磁力矩解法提要BI15磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=IaalBIBrs==rFIF的功磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=Ia16磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn產(chǎn)生一角位移M載流線圈受磁力矩作用磁力矩的功MA=IrFFabcd)=I-Fabcd)磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn產(chǎn)生一角位移M17第三節(jié)11.3洛倫茲力Lorenzforce第三節(jié)11.3洛倫茲力Lorenzforce18洛倫茲力電流元中的電流I=dQdt=ndSdlqdt=ndSqv由安培定律可得=dFIdlB=ndSqvdlBIdl中共含粒子數(shù)dN=ndV=ndSdl共含電荷量dQ==ndSdldNqq一、洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷vqF在磁場(chǎng)(,(中受到的(磁)力B((電流元Idl中，每粒子電荷量q（設(shè)）q0運(yùn)動(dòng)速度v粒子數(shù)密度n電流元vqdSn=vdtdlB每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受的磁力=FqvdFdN=B(洛侖茲力）洛倫茲力電流元中的電流I=dQdt=ndSdlqdt=ndS19洛倫茲力是安培力的微觀根源。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。F=0Bv時(shí)Bv時(shí)Fmax=qvB，矢量表達(dá)式q+vFBqvqqBF其大小=FqvBsinq其方向同vB反vBq0((q0((=FqvB洛倫茲力洛倫茲力是安培力的微觀根源。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。F=20BFFvv+qqmmBvF=q洛倫茲力Rmv2=向心力2pB=qm周期T=2pRvB=qRmv半徑運(yùn)動(dòng)軌跡三、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)BFFvv+qqmmBvF=q洛倫茲力Rmv2=向心力2pB21質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理++++++++++++++++++++++++離子源v+++++質(zhì)譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8++質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理+++++++++++++++++++++22偏轉(zhuǎn)++運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)++++v偏轉(zhuǎn)B偏轉(zhuǎn)++運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)++++v偏轉(zhuǎn)B23螺線BBv+v螺線BBv+v24續(xù)+vvvBqBvvqv帶電粒子在磁場(chǎng)中的螺旋運(yùn)動(dòng)續(xù)+vvvBqBvvqv帶電粒子在磁場(chǎng)中的螺旋運(yùn)動(dòng)25螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmvRsin半徑=v=mmBqqBq螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmv26磁約束BFIIvBBFF+磁約束(磁鏡效應(yīng))磁約束F磁約束BFIIvBBFF+磁約束(磁鏡效應(yīng))磁約束F27算例BlLYX+vqm,求圖中粒子vqm,(,(通過lL＋后的向偏距y=RqmvBqtgq=lR22l2yqy1y=?++y=1y2y=RR22lLtgq+算例BlLYX+vqm,求圖中粒子vqm,(,(通過lL＋后28E+B中的帶電運(yùn)動(dòng)粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv+qv++++EB+qvqvmFeFmFeF合力(矢量式)eF=qEmFaeF=mF=+qEvB()=+三、帶電粒子在均勻電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況較復(fù)雜（分析略）受電場(chǎng)力qmFv=B受磁場(chǎng)力E+B中的帶電運(yùn)動(dòng)粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv29速度選擇器速度選擇器++++EBv離子源q若Fe=mFqE=qvB即=vBE的粒子勻直運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)被選擇FemF速度選擇器速度選擇器++++EBv離子源q若Fe=mFqE=30霍耳效應(yīng)+-IIv+v正負(fù)載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)方向四、霍耳效應(yīng)﹡﹡載流導(dǎo)體薄片位于垂直于電流方向的磁場(chǎng)中會(huì)在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的兩端面出現(xiàn)電勢(shì)差霍耳效應(yīng)+-IIv+v正負(fù)載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)方向四、31霍耳電壓霍耳效應(yīng)+-II+vF0+霍耳電壓++++++------B橫向電勢(shì)差的形成霍耳電壓霍耳效應(yīng)+-II+vF0+霍耳電壓++++++---32續(xù)續(xù)+-II0+霍耳電壓++++++------BFv+-IIFB0+霍耳電壓++++++------v------+橫向電勢(shì)差的形成續(xù)續(xù)+-II0+霍耳電壓++++++------BFv+-I33載流子數(shù)密度載流子數(shù)密度n+-IB++++++霍耳效應(yīng)I0+霍耳電壓+-IIBF0+霍耳電壓v++++++------++++++------+Fvddnnqq1V2V011221V2V0霍耳電壓p型半導(dǎo)體(空穴導(dǎo)電)0RH型半導(dǎo)體(電子導(dǎo)電)nRH0RHIB1V2dVRH霍耳系數(shù)nq1載流子數(shù)密度載流子數(shù)密度n+-IB++++++霍耳效應(yīng)I0+34AMS磁譜儀+中子質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反中子nn反氦核nn氦核++nna用磁譜儀(AMS)探測(cè)反氦核科普科普AMS磁譜儀+中子質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反中子nn反氦核nn氦35續(xù)nn++nn+B質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反氦核氦核+nn++nna用