物理学磁学(中).ppt

一 带电粒子在电场和磁场中所受的力 电场力 磁场力 洛伦兹力 运动电荷在电场和磁场中受的力 第三节带电粒子在电场和磁场中的运动 二 带电粒子在磁场中运动举例 1 匀强磁场 圆周运动的回旋半径和回旋频率 如果 那么粒子做运动 则 和 2 磁聚焦 洛伦兹力不做功 洛伦兹力 与不垂直 螺距 如果 那么粒子将做螺旋运动 回旋半径和回旋频率 磁聚焦在均匀磁场中点A发射一束初速度相差不大的带电粒子 它们的与之间的夹角不同 但都较小 这些粒子沿半径不同的螺旋线运动 因螺距近似相等 相交于屏上同一点 此现象称为磁聚焦 应用电子光学 电子显微镜等 3 电子的反粒子电子偶 显示正电子存在的云室照片及其摹描图 1930年狄拉克预言自然界存在正电子 1 质谱仪 三 带电粒子在电场和磁场中运动举例 2 回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室 此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量 为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖 频率与半径无关 到半圆盒边缘时 我国于1994年建成的第一台强流质子加速器 可产生数十种中短寿命放射性同位素 3 霍耳效应 霍耳效应的应用 2 测量磁场 霍耳电压 1 判断半导体的类型 一 安培力 载流导体在磁场中的受力 由洛伦兹力公式知导体中的电子受力为 第四节宏观载流体在磁场中的受力 设电子的数密度为n 则长dl的一段导体中有电子数dN nSdl 则可知磁场对该段导体的作用力大小为 但电流强度 另一方面 实验也证实了 有限长载流导线所受的安培力为 所以我们有安培力公式 线圈所受的安培力 解 根据安培定律 方向如图示 而大小 因直导线上所有电流元受磁场力方向一致 方向如示 例1 求长L载流I的直导线在匀强磁场中所受的力 例2 在一沿负Z方向的磁场中 有一半径为R的半圆形导线 导线平面与xoy平面平行 载流I 求 导线所受的磁场力 解 根据安培定律 相当于直线 R R所受的力 合力方向沿y轴 例3 任意形状的平面载流曲线在均匀磁场中受力情况如何 解 根据安培定律 相当于直线L所受的力 如图 结论任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力 与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同 换而言之 闭合载流线圈在均匀磁场中的受力 例4 两条长直平行载流导线相互作用力如何 其中 a L I1 I2同向 解 由安培定律 因各电流元所受之力方向一致 故有 方向与一致 同理可求f12如图 可见 两导线互相吸引 例5 已知 I1 I2 a L 求 解 根据安培定律 方向如图 因各电流元受力方向相同 故有 方向 与一致 举一反三 求各边所受的力 求各边所受的力 求圆环所受的力 求轴线上单位长度所受的力 例6半径为R载有电流I2的导体圆环与电流I1的长直导线放在同一平面内 如图 直导线与圆心相距为d 且R d两者间绝缘 求作用在圆电流上的磁场力 O 解 O 二磁场作用于载流线圈的磁力矩 如图 均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP 线圈有N匝时 结论 均匀磁场中 任意形状刚性闭合平面载流线圈所受的力和力矩为 讨论 稳定平衡 不稳定平衡 1 与同向 2 方向相反 3 方向垂直 力矩最大 例7如图半径为0 20m 电流为20A 可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中 磁感应强度的大小为0 08T 方向沿x轴正向 问线圈受力情况怎样 线圈所受的磁力矩又为多少 解 把线圈分为JQP和