河海大学《大学物理-磁学》课件-第1章

磁力(一)河海大学物理CAI室

徐援编河海大学目录第七章磁力第十章电磁感应第九章磁场中的磁介质第八章磁场的源第十一章麦克斯韦方程组和电磁辐射

第七章磁力

§7.1磁力与电荷的运动§7.2磁场与磁感应强度

§7.3

带电粒子磁场中的运动§7.4

霍耳效应§7.5载流导线在磁场中受力§7.6磁场是哪里来的*第七章磁力

1820年奥斯特磁针的一跳§7.1磁力与电荷的运动电流的磁效应法国物理学家迅速行动阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间

司南东汉王充在《论衡》中曾有记述：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”中国古代对磁现象的认识SNSN基本磁现象1，磁铁间的相互作用基本磁现象SN1，磁铁间的相互作用SNISN2，电流对磁铁的作用ISN2，电流对磁铁的作用ISN2，电流对磁铁的作用3，电流与电流之间的相互作用FFIIIIFF3，电流与电流之间的相互作用S+4，磁场对运动电荷的作用N电子束++vvFFee电力电力FFmm磁力磁力5，运动电荷与运动电荷的相互作用所有磁现象可归纳为：运动电荷

AA的磁场B的磁场产生作于用产生作于用运动电荷

B

磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。洛仑兹力公式§7.2磁场与磁感应强度一.磁场电流或运动电荷周围既有电场,有磁场二.洛仑兹力运动电荷在电磁场中受力：磁场:可施力，有能量vBFq运动电荷在磁场中受磁力作用，实验证明：1.磁力大小和电荷大小及运动方向有关；2.电荷沿某一特定方向运动时所受磁力为零。二.磁感强度qFmvB磁力为零的方向为磁感应强度B的方向磁感应强度B的大小:B=Fmqvv（式中为正电荷运动方向）1T=104Gs（高斯）定义单位：T[B]=Fmqv][][[]=NCm/s.=T三、磁感应线：直线电流的磁感应线IBI通电螺线管的磁感应线III圆电流的磁感应线

无头无尾闭合曲线

与电流套连

与电流成旋右手螺磁力线的性质=dmΦ.BdS磁场中的高斯定理：稳恒磁场是无源场磁通量mΦ四、磁通量高斯定理.BdSmΦ=sòò=0B.dSsòòSdSBθ单位：韦伯(Wb)v0qB=mv02RRmv0qB=T=Rπ2v0=2πmqB(1).vB0mdvdt=qv×B动力学方程:q×v0B×××××××××××××××××××××××FmR×××××××××××××××××1.带电粒子在匀强磁场中的运动

§7.3

带电粒子磁场中的运动cosθv=v0sinθv=v0R=mvqBsinθv0mqB=T=Rπ2v=2πmqBhT=vcosθv0qB=2πm螺距h：vθvvqBRvθ(2).B0与成角FxFyFvBB2.带电粒子在非匀强磁场中的运动粒子受到一个与运动方向相反的力Fx

,此力阻止粒子向磁场增强方向运动.线圈线圈B磁约束装置等离子体磁塞线圈线圈B磁约束装置等离子体磁塞磁约束装置线圈线圈等离子体磁塞地磁场的磁感应线范艾仑(J.A.VanAllen)辐射带宇宙带电粒子被地球磁场俘获并在艾仑带内作螺旋式振荡运动。北极光地轴B增大SN北极南极带电粒子在电场和磁场中运动的应用动力学方程:mdvdt=qv×BqE+一、磁聚焦⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅU阴极控制极阳极Bl⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅU阴极控制极阳极Bl=lv0xTn调节B,使比值为正整数n,即:lv0xT12Umve20x=BTπ=2me又因为:nBm2π=8me2l22所以:=(1.75881962±0.00000053)×1011C/kgme带电粒子束N线圈S铁芯接振荡器二、电子回旋加速器环形真空室E.O.

劳伦斯(1901-1957)设计的世界上第一台回旋加速器中国科学院高能物理研究所90Mev加速器三、倍恩勃立奇( Bainbridge)质谱仪狭缝偏转板照相底片离子源........................................................+ÅBR匀强磁场粒子径迹速度选择器狭缝偏转板照相底片离子源........................................................+ÅBR匀强磁场粒子径迹速度选择器通过速度选择器后粒子的速度在洛伦兹力作用下粒子在匀强磁场作圆周运动时E=´Bv(1)BRmqv=(2)R∝BEmq´B由式(1)、(2)得：R∝m即：利用质谱仪可以测出元素中个同位素的含量1879年霍耳（A.H.Hall）发现：在匀强磁场中通电的金属导体板的上下表面出现横向电势差，这一现象称为霍耳效应。实验指出：=BbUHIRHRH霍耳系数，它是和材料的性质有关的常数BI++++++++abUHBbUHI∝§7.4

霍耳效应V++++++++++++++++++++++++++++++++++12a经典电子论对霍耳效应的解释vEH++++++++abnv=eIU=HBIbneBIbne()1=n电子数密度EHfe=BEHv×=BEHv==aEH=Bv×eV2V1=HU=HBvaUf=BbUHIRH与实验结论比较可得金属导体的霍耳系数：ne1RH=U=Hbne()1IB金属实验值计算值锂(Li)

-17.0-13.1钠(Na)-25.0

-24.4钾(K)-42

-47铜(Cu)

-5.5

-7.4铍(Be)

+24.4

-2.5锌(Zn)

+3.3-4.6霍耳系数(1011m3/C)霍耳系数：ne1RH