大学物理学：10-2磁力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容：,三.载流导线在磁场中受的力 安培定律,四.,磁场对载流线圈的作用 磁矩,五.,磁力的功,一.,洛伦兹力,二.带电粒子在电场和磁场中的运动及其应用,正确理解和运用,安培定律计算载流导线和载流平面线圈在,磁场中受到的安培力和力矩,重点和难点：,磁力 安培定律,电场力，与电荷的运动状态无关,磁场力，运动电荷才受磁力,洛仑兹力是力的基本关系式,洛仑兹力是相对论不变式,洛仑兹力公式,运动电荷在电磁场中受力：,磁力(洛伦兹力),带电粒子在磁场中的运动,大小:,F,m,=,q v B,sin,方向如图,垂直于,v,、,B,构成的平面.,+,q,-,q,(,显然当,=0时,F,=0),（,洛仑兹力不做功,）,(1),均匀磁场中,(,2,)均匀磁场中,F,m,=0,匀速直线运动.,+,q,q,-,圆周轨道半径:,运动一周的时间:,如何求半径,？,可见,T,与,v,无关,q,+,q,-,q,+,R,顺时针,/,由牛顿第二定律得,带电粒子在磁场中的运动及应用,(,2,)均匀磁场中,圆周轨道半径:,运动一周的时间:,可见,T,与,v,无关,由牛顿第二定律得,与 不垂直,螺距,磁聚焦,(,3,)粒子以一定角度,进入均匀磁场,将速度分解为：,v,/,=,v,cos,v,=,v,sin,，圆周运动,粒子沿磁场方向螺旋运动,匀速直线运动,螺距与仅速度,v,/,有关！,周期与速度无关！,-,e,F,P,U,应用实例,(1)磁聚焦,带电粒子在电场和磁场中运动受力：,若无其它外力则有：,于是原则上可解出粒子的运动情况.,I,I,在均匀磁场中引入一发散角不太大的带电粒子束,主要原理:带电粒子在均匀磁场的运动周期:,与粒子的速度,无关,.经过一个回旋周期后，这些粒子会重新汇聚到另一点。,A,A,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,都相交于屏上同一点,此现象称之为磁聚焦.,用途:测量粒子的,m、q,及,q/m,（,荷质比,）等物理量.,速度选择器,应用例:用铅同位素含量比例测量古生物年龄.,最简单的质谱仪如图:,根据:,+,q,R,N,A,狭缝,1,狭缝,2,+,+,+,+,-,-,-,-,+,-,速度选择器工作原理:,得:,(2)质谱仪,胶片,回旋加速器结构示意如图:,在半圆形盒子中的运动时间,粒子引出时的速度:,N,S,接震荡器,D,2,D,1,D,2,D,1,震荡器,粒子束,分析被加速粒子的电荷正负.,粒子运动的轨道半径:,引出时的能量:,(3),回旋加速器,实际上必须计入相对论效应,即:,因此为保证同步加速,震荡器的频率,要满足下式,在半圆形盒子中的运动时间:,等离子体流通过磁场,其中的正、负电荷向相反方向运动.,-,q,v,-,+,q,v,+,+,-,S,N,发电通道,导电气体,(4)磁流体发电,的构想:,粒子以一定角度,进入非均匀磁场,(5),磁约束,霍 耳 效 应,霍尔效应,I,霍耳电压,+,+,+,+,-,霍尔电势差,V,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,实验表明:,I,b,d,称为,霍尔系数,理论推导:平衡时,电流:,-,q,v,-,测量磁感应强度、电流，判别半导体类型，,制作霍尔开关等.,如果导体中的载流子带正电荷情况如何？,霍尔效应应用：,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,+,-,量子霍尔效应,（,1980,年）,霍耳电阻,载流导线在磁场受力,安培力,的产生原因:,实际计算中,用力的,分量式,积分,.,一段载流导线,L,在磁场受力:,1.安培力,这些,带电粒子,受的作用力的宏观效果就是,电流元,I,d,l,在磁场中所受的安培力,实验表明:,I,-,q,+,q,载流导线在磁场受的力 安培力,例1,.在均匀磁场 中有一半圆弧导线，通有电流,I,，,x,0,y,解：,由对称性分析,你能得到什么,结论,？,方向：+,y,求此段导线受的磁场力。,此段导线上任意电流元受的磁场力,I,闭合载流在均匀磁场中受力为0,例2,：如图一通电长直导线通有电流,I,1,在,x,轴产生的磁场 ，,旁边垂直放置一段通有电流,I,2,导线,MN,，,求此段导线受的磁场力。,0,解：,方向：垂直导线,MN,向上,为,非均匀磁场,导线,MN,上任意电流元受的磁场力,导线,MN,上,各,电流元所,受磁力的方向相同，则所求,M,N,a,b,x,例3,：求图中圆线圈受的磁力,解：,首先进行对称性分析,处的,方向：+,x,x,R,o,.,.,.,.,.,r,载流线圈在磁场中如图：,l,1,.,受力：,力矩：,力矩矢量：,其中线圈的磁矩,：,一般式：,适用于,在,均匀,磁场中任何形状的线圈.,2.磁场对载流线圈的作用 磁 矩,I,l,1,l,2,试分析下述情况：,总结载流线圈在磁场中运动的规律：.,=,0,M,=0,=,M,=0,M,=,M,max,I,.,.,I,.,I,作用在线圈上的磁力与力矩均不为零,载流线圈在非均匀磁场中,：,例,：,分析题，你有几种解法？,注意：各,电流元,产生的,力矩元,的方向相同。,求图中载流圆线圈受到的力矩。,解法1：微元迭加法,x,y,I,R,向里,r,方向：+,y,解法2：,由,解法2较简便些。,x,y,I,R,如图:,F,磁通量:,I,I,开始,做功后,作功,(,2,),载流线圈在,磁场中转动时磁力所做的功,如图,作,功,l,C,D,A,B,A,B,(,1,),载流导线在,磁场中运动时磁力所做的功,.,.,3.,磁力的功,例,:,a,b,x,h,I,1,I,2,解:1.按常规定义:,长直电流的磁场:,I,2,受磁力:,磁力做功:,2.,按,假想回路,加“”号,a,b,x,h,I,1,I,2,作业：,书,P227 10.28,10.29,10.32,10.33,10.34,10.36,