大学物理（上）-电磁力13

1、电磁力洛伦滋力安培力一、基本磁现象和磁相互作用1.早期对磁现象的认识： 磁铁能吸引铁、钴、镍等金属材料； 磁铁上磁力作用特别强的区域称为磁极(N极与S极) ； 同号磁极相斥，异号磁极相吸；SNSN（1）奥斯特（H.C.Oersted丹麦物理学家）实验（1819年春 ） 小磁针在通电导线周围受磁力作用发生偏转2.磁现象的电本质（2）安培（A.M.Ampere法国科学家）实验（1820年及以后）两平行载流导线间有相互作用力载流线圈受磁力矩作用而转动（3）磁场对运动电荷的作用S+N电子束安培定律二、磁场和磁场力磁场磁场力A、 Lorentz force电场力磁场力+ 运动电荷在电场和磁场中受的力 方

2、向：即以右手四指 由经小于 的角弯向 ，拇指的指向就是正电荷所受磁场力的方向.I、带电粒子在磁场中的运动1 . 回旋半径和回旋频率应用1： 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铝板正电子电子1930年狄拉克预言自然界存在正电子应用2 . 质谱仪7072737476锗的质谱.-+速度选择器照相底片质谱仪的示意图2 . 磁聚焦（洛仑兹力不做功）磁场力 与 不垂直螺距 应用 电子光学 , 电子显微镜等 . 磁聚焦 在均匀磁场中某点 A 发射一束初速相差不大的带电粒子, 它们的 与 之间的夹角 不尽相同 , 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, 都相交于屏上

3、同一点, 此现象称之为磁聚焦 .1 . 质谱仪7072737476锗的质谱.-+速度选择器照相底片质谱仪的示意图II、 带电粒子在电场和磁场中运动举例频率与半径无关到半圆盒边缘时回旋加速器原理图NSBON1 . 回旋加速器霍 耳 效 应2 . 霍耳效应I霍耳电压霍耳系数+ + + + + - - - - -UH比沿I方向的电势降UI小得多 量子霍尔效应（1980年） 霍耳电阻I+ + +- - -P 型半导体+-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+ + +- - - N 型半导体-I+-SB、 安 培 力洛伦兹力 由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了

4、磁场的作用力 . 安培定律 磁场对电流元的作用力 有限长载流导线所受的安培力 安培定律 注意: 两电流元作用力一般不遵循牛顿第三定律大小方向右手法则例1. 计算长为L的载流直导线在均匀磁场B中所受的力。IB解：PL解 取一段电流元 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. 例 2 求 如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知 和 .解：取图示坐标系，因为水平导线处于不均匀磁场中，今取一电流元，该处磁场大小方向：例3 载流I1的无限长直导线一侧，有另一导线AB水平放置，长为l，通有电流I2 ，近端与I1相距为d,两者在同一平面，求

5、(1)AB导线受磁力大小和方向；(2)将A端固定，则磁力对A的力矩为多少？电流元受力方向图示I1I2dlABxoxdx则方向图示对A的磁力矩磁力矩沿逆时针方向I1I2dlABxoxdxEx图示一通以电流 的无限长直导线一侧放置一通有电流 的等腰直角三角形线圈，且与直导线共面，已知一直角边与导线平行，相距为b，直角边长为a，求线圈中各导线受力. M,N O,PMNOPI三、 磁力矩： 磁场中的载流线圈 磁偶极子如图 均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP线圈有N匝时MNOPI M,N O,PIB. . . . . . . . . . . . . . . . .IBB I稳定平衡不稳定平衡讨 论1）

6、方向与 相同2）方向相反3）方向垂直力矩最大 例1 边长为0.2m的正方形线圈，共有50 匝 ，通以电流2A ，把线圈放在磁感应强度为 0.05T的均匀磁场中. 问在什么方位时，线圈所受的磁力矩最大？磁力矩等于多少？解得问 如果是任意形状载流线圈，结果如何？ 结论: 均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为IRQJKPo 例2 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PKJ两部分以 为轴， 所受磁力矩大小IRQJKPo1、磁力对运动载流导线作的功F IBabcdLabx磁场力：F = ILB磁场力的功：A = Fx= ILBx其中 BLx=BS= m磁场力的功： 四、磁力的功2、载流线圈在磁场中转动时磁场力的功力矩的功：磁力矩： 磁力对运动载流导线的功等于电流强度与回路包围面积内的磁通量的增量的乘积.或者说,等于电流强度乘以回路所切割的磁感应线的条数.nF2F1Bd 例1. 一半径为R的闭合载流线圈,载流I,放在磁感应强度为B的均匀磁场中,其方