清華大學(xué)大學(xué)物理經(jīng)典課件-磁力(自學(xué)總結(jié))

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陳信義編第7章磁力自學(xué)總結(jié)

電磁學(xué)〔第三冊(cè)〕目錄2【演示實(shí)驗(yàn)】磁體—磁體、磁體—電流、電流—電流存在磁力，洛侖茲力§7.1-§7.5總結(jié)一、演示實(shí)驗(yàn)二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三、安培力公式四、磁場(chǎng)中的磁矩§7.6磁場(chǎng)是哪里來(lái)的？一、電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)論變換二、勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng)（§8.2,教材P252）3一、演示實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線中：定向運(yùn)動(dòng)的電荷磁體—磁體磁體—電流電流—電流存在磁力磁體中：分子電流磁力是運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用。

§7.1-§7.54靜靜動(dòng)動(dòng)EqFrr=EqFrr=EqFrr=源電荷：定義磁場(chǎng)

洛侖茲力5一些典型的磁感應(yīng)線的分布：直線電流的磁感線圓形電流的磁感線6直螺線管電流的磁感線環(huán)形螺線管電流的磁感線7回旋加速器（1939年）電子顯微鏡（1986年）量子霍爾效應(yīng)（1985年）分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)（1998年）四個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)：二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

因?yàn)殡姶艑W(xué)方程是洛侖茲協(xié)變的，所以洛侖茲力滿足力的相對(duì)論變換。洛侖茲力81、盤(pán)旋加速器〔cyclotron〕q

mvfR×B電子盤(pán)旋周期與速度無(wú)關(guān)，所以帶電粒子每次經(jīng)過(guò)縫隙〔電場(chǎng)區(qū)域〕均被加速。~

BBD形金屬空腔帶電粒子92、磁聚焦—電子顯微鏡螺距：（勻速運(yùn)動(dòng)）（圓周運(yùn)動(dòng)）螺旋線帶電粒子每盤(pán)旋一周所前進(jìn)的距離d與v無(wú)關(guān)。帶電粒子10螺距：均勻磁場(chǎng)中螺距相同的電子被聚焦：

實(shí)際中用得更多的是短線圈產(chǎn)生的非均勻磁場(chǎng)的磁聚焦作用，這種線圈通常稱為磁透鏡，它在電子顯微鏡中起了與光學(xué)儀器中的透鏡類似的作用。113、磁約束橫向磁約束：

磁場(chǎng)越強(qiáng)，半徑越小。在強(qiáng)磁場(chǎng)中，帶電粒子被約束在一根磁感應(yīng)線附近很小范圍內(nèi)，只能沿磁感應(yīng)線作縱向運(yùn)動(dòng)。受控?zé)岷朔错懙入x子體磁約束12縱向磁約束：

帶電粒子會(huì)像光在兩面鏡子間來(lái)回反射那樣，被限制在兩磁鏡之間的范圍內(nèi)。磁場(chǎng)由弱到強(qiáng)的配置稱為磁鏡。磁鏡磁鏡帶電粒子13

在地磁兩極附近，由于磁感線與地面垂直，外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)，它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光。絢麗多彩的極光144、霍爾〔Hall〕效應(yīng)在霍爾效應(yīng)中，霍爾電阻與B

成正比。IBbdv+qf++++++++++++++-----------UH霍爾電阻：霍爾電壓15霍爾器件：檢測(cè)載流子、測(cè)弱磁場(chǎng)等?！舅伎肌枯d流子換成電子，UH的方向？IBv-e—++++++++++++++-----------f與正載流子情況相比，UH反向！16克利青(Klitzing)

（1980）用電場(chǎng)使電子局限于半導(dǎo)體表面，形成二維電子氣。低溫（~K），強(qiáng)磁場(chǎng)（~10T）霍爾電阻量子化：5、量子霍爾效應(yīng)（1985’NobelPrize）

量子霍爾效應(yīng)曲線17BRH234經(jīng)典霍爾電阻磁場(chǎng)變化時(shí)霍爾電阻以臺(tái)階形式變化臺(tái)階高度等于物理常數(shù)h/e2

除以整數(shù)n。h/e2

25k

。下面帶峰的曲線表示歐姆電阻，在每個(gè)平臺(tái)處趨于消失。18234量子霍爾效應(yīng)191/32/51320.1K分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)崔琦和施特默19821998’NobelPrize201998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者之—崔琦美籍華人DanielC.Tsui1939生于河南分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)21載流導(dǎo)線元在磁場(chǎng)中受的力—安培力證明：三、安培力Sn,q22粒子的磁矩：軌道磁矩

+自旋磁矩1、磁矩：I2、磁矩在磁場(chǎng)中所受力矩I3、磁矩在磁場(chǎng)中的勢(shì)能當(dāng)pm和B垂直時(shí)取為零。四、磁場(chǎng)中的磁矩234、非均勻磁場(chǎng)中的磁矩所受合力不為零

基態(tài)銀原子的電子球?qū)ΨQ分布:軌道磁矩＝0射線偏轉(zhuǎn)，證實(shí)電子具有自旋磁矩！不均勻磁場(chǎng)s1s2SPN基態(tài)銀原子斯特恩－蓋拉赫實(shí)驗(yàn)（1921）射線偏轉(zhuǎn)24銀原子束通過(guò)非均勻磁場(chǎng)后，分裂成兩束斯特恩正在觀測(cè)電子具有自旋磁矩電子具有自旋角動(dòng)量自旋是相對(duì)論的量子力學(xué)效應(yīng)，無(wú)經(jīng)典對(duì)應(yīng)。25§7.6磁場(chǎng)是哪來(lái)的？〔教材P212〕一、電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)論變換xuSSxzzE,BE,B設(shè)S系某地點(diǎn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別為和，求S'系該地點(diǎn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)？由洛侖茲力和速度的相對(duì)論變換

得

的相對(duì)論變換。如何求：26S系

S'系的變換S'系

S系的變換其中27S

系：E(運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng))，B=?二、勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng)〔§8.2,教材P252〕S'系(電荷系)：E'(靜電場(chǎng))，B'＝0

電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是互相獨(dú)立的，它們一起構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)體—電磁場(chǎng)。EBv+qS系S'系28—縱向電場(chǎng)不變，橫向電場(chǎng)增加到

倍。因，則有