磁场对运动电荷的作用

关于磁场对运动电荷的作用第1页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五当带电粒子沿磁场方向运动时:

当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时:一、

带电粒子在磁场中运动1.洛伦兹力第2页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

一般情况下，如果带电粒子运动的方向与磁场方向成夹角时。大小：方向：

的矢积方向

洛伦兹力洛伦兹力速度v与磁感应强度B之间夹角第3页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

设有一均匀磁场，磁感应强度为，一电荷量为、质量为的粒子，以初速进入磁场中运动。（1）如果与相互平行粒子作匀速直线运动。（2）如果与垂直粒子作匀速圆周运动。2.带电粒子在磁场中的运动第4页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

回旋半径和回旋频率第5页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五（洛仑兹力不做功）洛仑兹力

与不垂直螺距第6页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

应用1：磁约束用于受控热核反应中如果在一长直圆柱形真空室中形成一个两端很强，中间较弱的磁场，那么两端较强的磁场对带电粒子起着阻塞的作用，它能迫使带电粒子局限在一定的范围内往返运动，这种装置称为磁塞。由于带电粒子在两端处的这种运动好像光线遇到静面反射一样，故又叫磁镜。电磁场控制带电粒子运动的实例第7页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五hB螺距d与v⊥无关，只与v//成正比，若各粒子的v//相同，则其螺距是相同的，每转一周粒子都相交于一点，利用这个原理，可实现磁聚焦。应用2.磁聚焦第8页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五应用3.霍耳效应

霍耳效应是1879年美国物理学家霍耳（EdwinHall）研究载流导体在磁场中导电的性质时发现的一种电磁效应。他在长方形导体薄片上通以电流，沿电流的垂直方向加磁场，发现在与电流和磁场两者垂直的两侧面产生了电势差。后来这个效应广泛应用于半导体研究。1.实验：霍耳效应第9页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五霍耳效应第10页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五I霍耳电压++++

+

+-----RH称为霍耳系数，仅与材料有关。第11页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

导体中载流子的平均定向速率为v，则受到洛仑兹力为qvB，上下两板形成电势差后，载流子还受到一个与洛仑兹力方向相反的电场力qEH，二力平衡时有：霍耳效应I++++

+

+----2分析原因

EH霍耳电场

霍耳电压第12页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

为了消去vd

,设载流子浓度为n，则电流强度与载流子定向速率的关系为：霍耳效应霍耳系数霍耳电压与导体厚度成反比第13页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五I++++---P型半导体（载流子是正电荷）+-3.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（载流子是负电荷）-I+-第14页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五1.一铜条置于均匀磁场中，铜条中电子流的方向如图所示．试问下述哪一种情况将会发生？

(A)在铜条上a、b两点产生一小电势差，且Ua>Ub

(B)在铜条上a、b两点产生一小电势差，且Ua<Ub

(C)在铜条上产生涡流．

(D)电子受到洛伦兹力而减速．

答案A随堂小议第15页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五2.截面积为S，截面形状为矩形的直的金属条中通有电流I．金属条放在磁感强度为B的匀强磁场中，B的方向垂直于金属条的左、右侧面(如图所示)．在图示情况下金属条的上侧面将积累____________电荷，载流子所受的洛伦兹力fm=______________．

(注：金属中单位体积内载流子数为n)负IB/(nS)第16页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五3.有半导体通以电流I，放在均匀磁场B中，其上下表面积累电荷如图所示．试判断它们各是什么类型的半导体？np第17页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五§7-7磁场对载流导线的作用一、安培定律放置在磁场中的载流导线要受到磁力的作用，这个力叫安培力。1.安培力第18页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五192.安培定律电流元受力第19页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

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磁场的作用力.

安培定律

磁场对电流元的作用力

电流元和磁感应强度之间的夹角大小第20页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五21二.载流导线在磁场中受到的磁场力（1）均匀场、直导线情况第21页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五1.在均匀磁场中受的磁力IlII第22页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五Rxy根据对称性分析

例1

通有电流I的半圆形导线,半径为R,放在均匀磁场中,求磁场作用于半圆形导线上的力.第23页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五Rxy方向向上第24页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五PL解取一段电流元例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.第25页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

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.Pl第26页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五1.如图，一根载流导线被弯成半径为R的1/4圆弧，放在磁感强度为B的均匀磁场中，则载流导线ab所受磁场的作用力的大小为____________，方向___________．

沿y轴正向随堂小议第27页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五2.有一半径为a，流过稳恒电流为I的1/4圆弧形载流导线bc，按图示方式置于均匀外磁场中，则该载流导线所受的安培力大小___________．aIB第28页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五2.载流导线在非均匀磁场中受的磁力例1通有电流Ｉ1无限长的载流直导线，与长度为b的通有电流Ｉ2CD导线共面且垂直，相对位置如图所示。求导线CD受的磁力．I1I2x0xdx解第29页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五解无限长的载流直导线与CD导线平行放置I1I2a方向向左第30页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五x0解无限长的载流直导线与CD导线斜向放置I1I2adxx方向第31页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五1．如图，无限长直载流导线与正三角形载流线圈在同一平面内，若长直导线固定不动，则载流三角形线圈将

(A)向着长直导线平移．

(B)离开长直导线平移．

(C)转动．

(D)不动．随堂小议答案A第32页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五2.把轻的正方形线圈用细线挂在载流直导线AB的附近，两者在同一平面内，直导线AB固定，线圈可以活动．当正方形线圈通以如图所示的电流时线圈将(A)不动．(B)发生转动，同时靠近导线AB．(C)发生转动，同时离开导线AB．(D)靠近导线AB．(E)离开导线AB．答案D第33页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

设任意形状的平面载流线圈的面积S，电流强度I，定义：线圈的磁矩三、

载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩1.磁场作用于载流线圈的磁力矩

载流线圈的空间取向用电流右手螺旋的法向单位矢量描述。I第34页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五MN与OP边受力大小为：MO与NP边受力大小为：OMNPI

M,N

O,PMNPO矩形线圈为线圈面法线方向与磁感强度之间夹角

第35页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五磁场作用在线圈上总的力矩大小为：磁场对载流线圈的作用

M,N

O,P线圈有N匝时力臂

第36页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五（1）上式不仅对矩形线圈成立，对于均匀磁场中的任意形状的平面线圈也成立。磁场对载流线圈的作用

M,N

O,P大小注意（2）磁矩

与磁力矩

两概念不要混淆第37页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五稳定平衡讨论1）方向与相同第38页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五力矩最大2）方向与垂直B第39页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五不稳定平衡3）方向与相反第40页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五

任意形状不变的平面载流线圈作为整体在均匀外磁场中，合力矩使线圈的磁矩转到磁感应强度的方向。

方向与相同第41页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五1.半径分别为R1和R2的两个半圆弧与直径的两小段构成的通电线圈abcda(如图所示)，放在磁感强度为B的均匀磁场中，平行线圈所在平面．则线圈的磁矩为___________

，线圈受到的磁力矩_______

．随堂小议第42页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五2.如图，半圆形线圈(半径为R)通有电流I．线圈处在与线圈平面平行向右的均匀磁场中．线圈所受磁力矩的大小为__________，方向为____________．把线圈绕OO‘轴转过角度____________时，磁力矩恰为零．

在图面中向上第43页，共48页，2022年，5月20日，14点12分，星期五3．如图，匀强磁场中有一矩形通电线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下，线圈发生转动，其方向是

(A)ab边转入纸内，cd边转出纸外．

(B)