大學(xué)物理-第九次課-11-5-6

復(fù)習(xí):磁場(chǎng)的基本性質(zhì)與計(jì)算一、磁場(chǎng)的基本性質(zhì)1、磁場(chǎng)的高斯定理穿過任意閉曲面的磁通量等于零2、磁場(chǎng)的環(huán)路定理——安培環(huán)路定理磁場(chǎng)是無源場(chǎng)磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)磁感應(yīng)線是閉合的，磁感應(yīng)線與電流滿足右手螺旋關(guān)系復(fù)習(xí):磁場(chǎng)的基本性質(zhì)與計(jì)算一、磁場(chǎng)的基本性質(zhì)1、磁場(chǎng)的高斯定1I直線電流的磁感線圓電流的磁感線I通電螺線管的磁感線I直線電流的磁感線圓電流的磁感線I通電螺線管的磁感線2——畢奧---沙伐爾定律一條載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感:二、磁場(chǎng)的計(jì)算1、疊加法計(jì)算磁感強(qiáng)度電流元產(chǎn)生的磁感:P.aI——畢奧---沙伐爾定律一條載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感:二、磁場(chǎng)的計(jì)32、安培環(huán)路定理計(jì)算磁感強(qiáng)度當(dāng)電流分布具有足夠?qū)ΨQ性時(shí)（一般適用于無限長(zhǎng)直線或柱電流、無限大均勻面電流、均勻密繞載流螺線管或螺繞環(huán)等），可利用安培環(huán)路定理計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度。2、安培環(huán)路定理計(jì)算磁感強(qiáng)度當(dāng)電流分布具有足41、無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感+r三、幾種常用的電流的磁感強(qiáng)度分布1、無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感+r三、幾種常用的電流的磁感強(qiáng)52、無限長(zhǎng)載流圓柱面產(chǎn)生的磁感2、無限長(zhǎng)載流圓柱面產(chǎn)生的磁感63、圓電流在中軸線上產(chǎn)生的磁感4、無限長(zhǎng)直載流螺線管(已知：I、n)...............3、圓電流在中軸線上產(chǎn)生的磁感4、無限長(zhǎng)直載流螺線管(已知：7一、安培定律——電流元在磁場(chǎng)中受力的規(guī)律大小方向判斷右手螺旋載流導(dǎo)線受到的磁力11-5載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力一、安培定律——電流元在磁場(chǎng)中受力的規(guī)律大小方向判斷右手螺旋8二、均勻磁場(chǎng)中載流導(dǎo)線所受安培力（1）載流直導(dǎo)線取電流元方向B×二、均勻磁場(chǎng)中載流導(dǎo)線所受安培力（1）載流直導(dǎo)線取電流元方向9（2）任意形狀導(dǎo)線方向如圖所示建坐標(biāo)系，取分量積分注意：導(dǎo)線平面與磁感線垂直等效于長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直電流所受的力。PL（2）任意形狀導(dǎo)線方向如圖所示建坐標(biāo)系，取分量積分注意：導(dǎo)線10推論：在均勻磁場(chǎng)中，若載流導(dǎo)線閉合回路的平面與磁感強(qiáng)度垂直，該載流線圈所受磁場(chǎng)力為零。練習(xí)：如圖求半圓形導(dǎo)線所受安培力方向豎直向上如果圓形導(dǎo)線置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，F(xiàn)=？推論：在均勻磁場(chǎng)中，若載流導(dǎo)線閉合回路的平面與磁感強(qiáng)度垂直，11例求一載流導(dǎo)線框在無限長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)解123413方向向左方向向右24

整個(gè)線圈所受的

合力線圈向左做平動(dòng)××××x例求一載流導(dǎo)線框在無限長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)解1121、均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用已知：φF2三、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用1、均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用已知：φF2三、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的13一對(duì)平衡力；一對(duì)力偶，線圈將受磁力矩的作用。φφ磁力矩為：一對(duì)平衡力；一對(duì)力偶，線圈將受磁力矩的作用。φφ磁力矩為：14載流平面線圈磁矩：的方向（即的方向）為則：有：方向:垂直于m與B確定的平面（Ｎ為線圈的匝數(shù)）平面線圈中電流的右旋正法線方向。磁力總是試圖使載流線圈的磁矩轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)的方向載流平面線圈磁矩：的方向（即的方向）為則：有：方向15IB.....................B++++++++++++++++++++++++

I穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡討論1）方向與相同2）方向相反3）方向垂直IB力矩最大磁通量最小磁通量最大磁通量為0IB.B++++++16nF1F2nnF1F2F1F2F1F2B穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡BnF1F2nnF1F2F1F2F1F2B穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡B17mp=BM×(2)載流線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁力的功(1)載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)cos=Id()BSθBsind=SIθθ+.mpB.Mθ=MdAdθMmpBsinθ=BISsinθ==ΦdIm.ε...ΔxF..IlB.............I.電流強(qiáng)度乘以磁通量的改變磁力矩所做的功等于線圈中的電流強(qiáng)度乘以線圈磁通量的改變。mp=BM×(2)載流線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁力的功(1)載182、帶電粒子在磁場(chǎng)中受的力——洛侖茲力×××××××××+vF1、帶電粒子在電場(chǎng)中受的力一、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力F①F方向與V、B構(gòu)成的平面垂直，與電荷q的正負(fù)有關(guān)；②洛侖茲力永遠(yuǎn)不做功，它只改變粒子運(yùn)動(dòng)的方向，不改變粒子的速率和動(dòng)能。11-6帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2、帶電粒子在磁場(chǎng)中受的力——洛侖茲力×××××××××+193、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力×××××××××+vF3、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力×××××××××+vF20二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)21——粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)——粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)22大學(xué)物理-第九次課-11-5-623回旋半徑回旋周期圓周運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)qR螺距h—粒子回轉(zhuǎn)一周在方向上前進(jìn)的距離回旋半徑回旋周期圓周運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)qR螺距h—粒子回轉(zhuǎn)一周24三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)應(yīng)用實(shí)例1、帶電粒子荷質(zhì)比的測(cè)定：q/m3、回旋加速器——給帶電粒子加速的儀器2、質(zhì)譜儀——把帶電粒子按質(zhì)量不同而分開的儀器三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)應(yīng)用實(shí)例1、帶電粒子荷質(zhì)比的測(cè)定：q25厚度d,寬為的導(dǎo)電薄片，通有電流強(qiáng)度I，當(dāng)在垂直方向加以勻強(qiáng)磁場(chǎng)B時(shí)，在導(dǎo)電薄片兩側(cè)產(chǎn)生一電位差，這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。

1）什么是霍耳效應(yīng)？霍耳效應(yīng)厚度d,寬為的導(dǎo)電薄片，通有電流強(qiáng)度I，當(dāng)在垂直方向加以26霍耳效應(yīng)模擬演示霍耳效應(yīng)模擬演示27大學(xué)物理-第九次課-11-5-6282）霍耳效應(yīng)解釋設(shè)導(dǎo)電薄片的載流子（參與導(dǎo)電的帶電粒子）電量為q,(1)如果q>0,其定向速度與電流方向同向。++++++++++++q受洛侖茲力為：方向：沿Z軸正向大?。簩?duì)q的作用力:大?。悍较颍貉豘軸負(fù)向?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)：（K:霍耳系數(shù)，它是和材料的性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)）2）霍耳效應(yīng)解釋設(shè)導(dǎo)電薄片的載流子（參與導(dǎo)電的帶電粒子）29當(dāng)時(shí)，即時(shí)有：載流子作勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)停止電荷堆積建立一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差兩側(cè)在++++++++++++(2)如果q<0,其定向速度與電流方向反向,產(chǎn)生的霍耳電壓和霍耳系數(shù)是負(fù)的。當(dāng)時(shí)，即時(shí)有：載流子作勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)停止電荷堆積建立一個(gè)30大學(xué)物理-第九次課-11-5-6313）霍耳效應(yīng)的應(yīng)用對(duì)于n

型半導(dǎo)體載流子為電子，而p

型半導(dǎo)體載流子為帶正電的空穴。利用UAA’的正負(fù)可以確定半導(dǎo)體的類型；根據(jù)霍耳系數(shù)的大小的測(cè)定，可以確定載流子的數(shù)密度等等。3）霍耳效應(yīng)的應(yīng)用對(duì)于n型半導(dǎo)體載流子為電子，而p型半導(dǎo)32小結(jié)1、帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的力—洛倫茲力洛倫茲力的重要特性：力恒與電荷速度方向垂直，故洛倫茲力不作功2、載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力1）電流元在磁場(chǎng)中受到的磁力——安培力a2）載流導(dǎo)線受到的磁力：小結(jié)1、帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的力—洛倫茲力洛倫茲力的重要特性33均勻磁場(chǎng)中載流導(dǎo)線所受安培力B（1）載流直導(dǎo)線（2）任意形狀的載流導(dǎo)線（3）在均勻磁場(chǎng)中任意形狀閉合載流線圈所受合磁力為零！.3、均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的磁力矩磁力矩總是試圖使磁矩