第23講 安培力與洛倫磁力

大學(xué)物理電子教案第23講安培力與洛倫磁力

9.3

磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用9.4

磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用塔里木大學(xué)教學(xué)課件9.3磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用一、安培力電子在磁場(chǎng)中受力——洛侖茲力BIφθ電流元Idl在磁場(chǎng)中所受的力等于nSdl個(gè)電子所受的力不論電荷的正負(fù)，該公式總是成立的對(duì)于有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線例題1、有一段彎曲導(dǎo)線ab

通有電流I，求此導(dǎo)線在如圖所示均勻磁場(chǎng)中受的力？

l與磁感應(yīng)強(qiáng)度B在同一平面內(nèi)，所以，該力方向垂直于紙面向外。二、電流的單位平行電流間的相互作用電流I1在電流I2處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：?jiǎn)栴}：兩平行長(zhǎng)直載流導(dǎo)線，相距為d求：每單位長(zhǎng)度線段所受的作用力。導(dǎo)線2上dl2長(zhǎng)度受力為1、平行載流直導(dǎo)線間的相互作用dI22、電流強(qiáng)度的單位：在其空中有兩根平行的長(zhǎng)直線，它們之間相距1m，兩導(dǎo)線上電流流向相同，大小相等，調(diào)節(jié)它們的電流，使得兩導(dǎo)線每單位長(zhǎng)度上的吸引力為2×10-7N·m-1，我們就規(guī)定這個(gè)電流為1A。電流I2在電流

I1

處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：dI2一、磁場(chǎng)作用于載流導(dǎo)線的磁力矩受力情況BF4F3F1F2l1l2MNOPI兩者大小相等，方向相反，且在同一直線上，故對(duì)于線圈來說，它們合力矩為零。F1與F2形成一個(gè)力偶線圈所受有磁力矩引入磁矩討論：q

=p/2，線圈與磁場(chǎng)平行，磁通量F=0，力矩Mmax=ISBq=0，垂直，F(xiàn)=BS，力矩M=0，平衡q=p，垂直，F(xiàn)=-BS，力矩M=0，平衡例題2、證明轉(zhuǎn)動(dòng)帶電園盤的磁矩。rdro解：二、磁電式電流計(jì)原理作用：測(cè)量電流原理：載流線圈在磁場(chǎng)中受磁力矩的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)：永久磁鐵的兩極圓柱體鐵心繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁制框架框架上繞有線圈轉(zhuǎn)軸的兩端各有一個(gè)旋絲一端上固定一針2、速度方向與磁場(chǎng)方向垂直洛侖茲力的大小方向：垂直與速度的和磁場(chǎng)的方向回旋半徑回旋周期回旋頻率+

q,mR1、速度方向與磁場(chǎng)方向平行帶電粒子受到的洛侖茲力為零，粒子作直線運(yùn)動(dòng)。9.4磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用3、速度方向與磁場(chǎng)方向有夾角把速度分解成平行于磁場(chǎng)的分量與垂直于磁場(chǎng)的分量平行于磁場(chǎng)的方向：F//=0，勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直于磁場(chǎng)的方向：F⊥=qvBsinθ，勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子作螺旋線向前運(yùn)動(dòng)，軌跡是螺旋線?；匦霃交匦芷诼菥唷Ｗ踊剞D(zhuǎn)一周所前進(jìn)的距離hB

螺距d與v⊥無關(guān)，只與v//成正比，若各粒子的v//相同，則其螺距是相同的，每轉(zhuǎn)一周粒子都相交于一點(diǎn)，利用這個(gè)原理，可實(shí)現(xiàn)磁聚焦。

*電子的反粒子電子偶正電子：1930年英國(guó)物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言了正電子的存在，1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森在分析宇宙射線穿過位于云霧室的鉛塊后的帶電粒子的照片時(shí)，發(fā)現(xiàn)了正電子。

原理：在高能粒子物理中，常用帶電粒子在云霧室中的軌跡來觀察和區(qū)分粒子的性質(zhì)。電子偶：理論和實(shí)驗(yàn)都表明，正電子總是伴隨著電子一起出現(xiàn)的，猶如成對(duì)成雙的配偶，故稱之為電子——正電子偶，簡(jiǎn)稱電子偶或電子對(duì)。*帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子進(jìn)入軸對(duì)稱會(huì)聚磁場(chǎng)，由于磁場(chǎng)的不均勻，洛侖茲力的大小要變化，所以不是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。且半徑逐漸變小。使沿磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)被抑，而被迫反轉(zhuǎn)。象被“反射”回來一樣——磁鏡。*應(yīng)用：磁約束用于受控?zé)岷朔磻?yīng)中地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱，能夠捕獲來自宇宙射線的的帶電粒子，在兩極之間來回振蕩。1958年，探索者一號(hào)衛(wèi)星在外層空間發(fā)現(xiàn)被磁場(chǎng)俘獲的來自宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)的質(zhì)子層和電子層——VanAllen輻射帶三、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)舉例1、電子比荷（e/m）的測(cè)定引言：電子的電量和質(zhì)量是電子基本屬性，對(duì)電子的電量、質(zhì)量和兩者的比值(即比荷)的測(cè)定有重要的意義。1897年J.J.Thomson在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電子比荷，為此1906年獲Nobel物理獎(jiǎng)。實(shí)驗(yàn)裝置原理加速電子經(jīng)過電場(chǎng)與磁場(chǎng)區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn)y結(jié)論對(duì)于速度不太大的電子2、質(zhì)譜儀引言：是用物理方法分析同位素的儀器，由英國(guó)物理學(xué)家與化學(xué)家阿斯頓于1919年創(chuàng)造，當(dāng)年發(fā)現(xiàn)了氯與汞的同位素，以后幾年又發(fā)現(xiàn)了許多同位素，特別是一些非放射性的同位素，為此，阿斯頓于1922年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。原理圖速度選擇器+

從離子源出來的離子經(jīng)過S1、S2加速進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)空間，若粒子帶正電荷+q，則電荷所受的力有：洛侖茲力：qvB電場(chǎng)力：

qE若粒子能進(jìn)入下面的磁場(chǎng)qvB=qE速度選擇器若每個(gè)離子所帶電量相等，由譜線的位置可以確定同位素的質(zhì)量。由感光片上譜線的黑度，可以確