物理课件 第十四章 磁力.ppt

1、第14 章 磁力,14.1 带电粒子在磁场中的运动 14.2 霍尔效应 14.3 载流导线在磁场中受的力 14.4 载流导线在磁场中受的磁力矩 14.5 平行载流导线间的相互作用力,14.1 带电粒子在磁场中的运动,1. 洛仑兹力,一般情况：,一. 磁场对运动电荷的作用,大小：,方向：,14.1 带电粒子在磁场中的运动,洛仑兹力,（1）运动方向与磁场方向平行,2. 带电粒子在均匀磁场中的运动,匀速直线运动,（2）运动方向与磁场方向垂直,匀速圆周运动,周期,半径,（3）运动方向沿任意方向,螺距,沿螺旋线轨道运动,半径,3. 应用电场和磁场控制带电粒子的实例,（1）质谱仪,速度选择,质谱分析：,利

2、用不同质量而带同样电量的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不同，从而测定带电粒子的质量的仪器。,（2）磁聚焦,近似与速度方向无关。,使发散角不太大的带电粒子束汇聚到一点的现象,（3）磁约束,磁 镜 逐渐增加的磁场中使作螺旋运动的带电的粒子发生“反射”。,约束带电粒子的磁场分布,用两个电流方向相同的线圈产生一个中间弱两端强的磁场。这一磁场区域的两端就形成两个磁镜，平行于磁场方向的速度分量不太大的带电粒子将被约束在两个磁镜间的磁场内来回运动而不能逃脱。,14.5 带电粒子在磁场 中的运动,极光：,由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象。,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

3、子可直接射入高空大气层内 它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。,绚丽多彩的极光,14.2 霍尔电压,+ + + + + + + + + + + + +,一. 霍尔效应现象,在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差 。,二. 霍尔电压,导体中载流子的平均定向速率为v，则受到洛仑兹力为Fm=-evB，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Fn=eEH ，二力平衡时有：,在磁场不太强时，霍耳电势差 U与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的宽b成反

4、比。,霍耳效应的应用：,霍尔电压,仅与材料有关,14.3 载流导线在磁场中受的力,一. 安培定律,设导线中单位体积中有n个载流子，每个载流子电荷都是q,各载流子以漂移速度v运动，每个载流子受的磁场力为：,则电流元所受到的磁力为：,在电流元 中的载流子数为,安培力,二. 载流导线所受磁场力,一段有限长载流导线L受的磁力：,例P108 14.1、14.2,例题1、有一段弯曲导线 ab 通有电流I ，求此导线在如图所示均匀磁场中受的力？,l与磁感应强度B在同一平面内，所以，该力方向垂直于纸面向外。,结果表明：半圆形载流导线上所受的力与其两个端点相连的直导线所受到的力相等。,一. 载流线圈在均匀磁场中

5、所受磁力矩,1.矩形线圈,14.3 载流导线在磁场中受的磁力矩,讨论：,（1）=/2，线圈平面与磁场方向相互平行，力矩最大，这一力矩有使减小的趋势。,（2）=0，线圈平面与磁场方向垂直，力矩为零，线圈处于平衡状态。,综上所述，任意形状不变的平面载流线圈作为整体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈的磁矩转到磁感应强度的方向。,（3）=，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩 为零，但为不稳定平衡， 与 反向，微小扰动， 磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。,2.一般平面线圈在匀强磁场中的受力和力矩,磁矩的单位 Am2 Nm/T J/T,二. 磁矩在均匀磁场中的势能,Wm 为磁矩在均匀磁场中的势能

6、增量。,磁矩m与B之间的夹角，由1 增大到2的过程中，外力需克服磁力矩做的功为：,解：,电流 I1在电流 I2处所产生的磁场为：,问题：两平行长直载流导线，相距为 d ,求：每单位长度线段所受的作用力。,导线2上dl2长度受力为,1、平行载流直导线间的相互作用,14.5 平行载流导线间的相互作用力,电流 I2在电流 I1 处所产生的磁场为：,15.6 平行电流间的相互作用力,令 I1=I2=I, d=1m, F1=F2=F=210-7N，,则 I = 1A 电流单位安培的定义。,2.电流单位安培的定义：,在真空中有两根平行的长直线，它们之间相距1m，两导线上电流流向相同，大小相等，调节它们的电流，使得两导线每单位长度上的吸引力为210-7N m-1，我们就规定这个电流为1A。,1.带电粒子在磁场中的运动(均匀磁场中运动电荷受力，半径）,2.霍耳效应：在磁场中载流导体上出现横向电势差的现象。,霍耳电压：,1.霍耳效应定义，霍耳电压、载流子数的计算，作业14.7、14.8,3.安培力：电流元受磁场的作用力,2.掌握磁场对电流的作用力规律，例：14.1，14.2，作业14.13。,