大学物理复习-磁力.ppt

1、第 14 章,磁力,基 本 要 求,一、掌握安培力、洛仑兹力、磁矩、磁力矩公式， 能熟练计算安培力、洛仑兹力、磁矩、磁力矩。,二、理解霍尔效应,14.1 带电粒子在磁场中的运动,一、洛仑兹力,洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力。,洛仑兹力,大小：,方向：右手法则,1. 洛仑兹力与运动电荷的速度有关。(而静电力与电 荷速度无关),磁场对静止电荷无作用力。(而电场有),2.洛仑兹力垂直磁场：,3.洛仑兹力垂直电荷的运动速度：,洛仑兹力的特点：,对电荷不做功。,4. 洛仑兹力的方向,与电荷的正负有关：,在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直 外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气分子的

2、碰撞产生的辐射就形成了极光,绚丽多彩的极光,二、带电粒子在均匀磁场中的运动,1.,匀速直线运动 。,2.,匀速率圆周运动。,半径：,周期：,频率：,3. 与 成任意角,使粒子沿磁场的方向作匀速直线运动；,使粒子在磁场的平面内作匀速圆周运动。,粒子合成运动是作螺旋运动。,半径：,周期：,螺距：,三、带电粒子在电磁场中受力公式 洛仑兹公式,14.2 霍尔效应,A,霍尔效应 当垂直磁场的导体中通有电流时在导体板的另两侧出现电势差的现象。,1. 实验装置：,2. 霍尔电压 由霍尔效应而产生的电势差。,平衡时：,得：,得：,得霍尔电压：,鉴别半导体类型；制作霍尔元件；测磁场等。,P 型,N 型,高,高,

3、低,低,3. 霍尔效应的应用,14.3 载流导线在磁场中受的力,一、安培定律,大小：,反映电流元在磁场中受到的安培力的规律。,安培力 磁场对载流导线的作用力（磁力）。,安培力公式：,方向：右手螺旋法则。,1.载流导线受到的安培力,（矢量积分 ）,定义电流元：,（1）,导线,（2）,导线,取电流元 ，,受安培力：,2.载流直导线在均匀磁场中受的安培力,电磁轨道炮,当通电后 巨大电流（大于4兆安）熔化易溶金属形成的等离子体受安培力作用 弹出炮弹,磁流体船,二、洛仑兹力与安培力的关系,电流,电荷定向运动,载流子总数,电流元 ，,电流元受的合外力为：,电子密度 ，速率 。,截面积 。,每个电子受洛仑兹

4、力：,又有：, 安培力,安培力是载流导体内大量定向运动电子受的洛仑兹力的宏观表现。,例1：有一半径为的R 半圆形载流导线,置于均匀磁场 B 中,电流为I,设导线可绕 AA轴转动,求（1）导线半圆面与磁场平行时所受的磁力;（2）导线的半圆面与磁场垂直时所受的磁力；,求：刚性半圆形载流导线在均匀磁场中受的磁力。,(1) 磁场与半圆面平行,取电流元 ，,受力 ：,方向：,大小：,其中,解：,方向：,（2）磁场与半圆面垂直,大小：,方向如图：,由对称性：,比较位于直径的直载流导线受的力：,（1）,（2）,取电流元 ，,受力 ：,讲义 P.107 例14.1,例 2：,解：,求：任意形状载流导线 在均匀

5、磁场中受的磁力。,取电流元 ，,受力 ：,大小：,方向如图：,比较 间的直载流导线的力：,结论：,在均匀磁场中任意形状载流导线所受的磁力,= 该导线起点与终点间直载流导线所受的磁力。,一. 载流线圈的磁矩,载流线圈平面的单位正法向,与电流 I 成右手关系。,(1)规定：,(2) 定义：,载流线圈的磁矩 为：,单匝线圈：,N 匝线圈：,其中：,S 载流线圈包围的面积 。,(3) 磁矩 是矢量，仅与载流线圈本身有关，与 外磁场无关。,(4) 定义适用于任意形状的平面载流线圈。,14.4 载流线圈在磁场中受的力矩,二. 磁场对载流线圈的作用 磁力矩,以均匀磁场对矩形载流线圈的作用为例。,各边所受的磁

6、力分别为：,所以对载流线圈有力矩作用，如图：,磁力矩定义：,(14.37),大小：,方向：右手法则，,磁力矩,俯视图,结论：,平面载流线圈在均匀外磁场中所受合外力 = 0 。,但 与 作用于同一直线，,而 与 不作用于同一直线，,讨论：,（1）,则 M = 0 ，,线圈处于稳定平衡状态，,此时通过线圈的磁通量 最大。,（2）,则 M = 0 ，,线圈处于非稳定平衡状态，,则 ，,（3）,此时通过线圈的磁通量 。,磁力矩最大,转向稳定平衡状态。,此时通过线圈的磁通量 最小。,（5）磁力矩公式适用于均匀磁场中的任意载流线圈。,（4）磁力矩使载流线圈转向 增加的方向，,例4：已知圆形载流线圈（R、I)放在匀强磁场 中，求线圈受力矩情况。,解：分左右两个半圆：,方向：,可用公式直接求：,三. 磁力矩的功,在 M 作用下转过 ，做功：,例:,求：(1)线圈的磁矩；,解：,(1) 线圈的磁矩,(3)图示位置转至平衡位置时，磁力矩的功。,(2)线圈所受力矩；,一半径为R 的半圆形闭合线圈，通有电