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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,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,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,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,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,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,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,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,10.4.1,磁场对运动电荷,及电流作用,第1页,主要内容,10.4.1,洛伦兹力,10.4.7 电流单位“安培”定义,10.4.8 磁场对载流线圈作用,.,10.4.2 带电粒子在磁场中运动,10.4.3 磁聚焦 磁约束,10.4.6,安培定律,10.4.4 盘旋加速器,10.4.5 霍尔效应,第2页,10.4.1、洛仑兹力(磁场对运动电荷作用),运动电荷在,电磁场,中受到,电磁力,为:,电场力,洛仑兹力,洛伦兹公式,洛伦兹力只能改变电荷运动方向，不会对电荷做功。,第3页,洛仑兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853-1928),1895年，洛仑兹依据物质电结构假说，创建了,经典电子论,。洛仑兹电磁场理论研究结果，在当代物理中占有主要地位。洛仑兹力是洛仑兹在研究电子在磁场中所受力试验中确立起来。,洛仑兹还预言了,正常塞曼效益,，即磁场中光源所发出各谱线，受磁场影响而分裂成多条现象中某种特殊现象。,洛仑兹理论是从经典物理到相对论物理主要桥梁，他理论组成了相对论主要基础。洛仑兹对,统计物理学,也有贡献。,荷兰物理学家、数学家，因研究磁场对辐射现象影响取得主要结果，与塞曼共获1902年诺贝尔物理学奖金。,第4页,10.4.2 带电粒子在磁场中运动,1.带电粒子,垂直,进入均匀磁场中,做匀速圆周运动,+,q,m,R,与电荷运动快慢无关,与速度大小成正比。,第5页,带电粒子在磁场中做螺旋线运动,2.带电粒子不是垂直进入均匀磁场中,螺距：,第6页,磁聚焦在电子光学中有着广泛应用：,h,B,螺距,h,与,v,无关，只与,v,/,成正比，,v,/,相同粒子，其螺距是相同，从磁场一点发出电荷经过一个周期时间后必定相交于一点，利用这个原理，可实现,磁聚焦,。,1.磁聚焦,磁透镜,现在电子显微镜最大放大倍率超出300万倍，而光学显微镜最大放大倍率约为倍，所以经过电子显微镜就能直接观察到一些重金属原子和晶体中排列整齐原子点阵。,第7页,一个带电粒子进入轴对称,会聚磁场,，因为磁场不均匀，洛仑兹力大小要改变，所以不是匀速圆周运动。且,半径逐步变小,。使沿磁场运动被抑，而被迫反转。象被“反射”回来一样。这称之为,磁镜,。,用于受控热核反应中等离子体温度达,2、磁约束,等离子态常被称为“超气态”，它和气体有很多相同之处，比如：没有确定形状和体积，含有流动性，但等离子也有很多独特性质。,第8页,结构：,密封在真空中两个金属盒（D,1,和D,2,）放在电磁铁两极间强大磁场中，如图所表示两盒之间有一窄缝，中心附近放有,离子源,。两盒间接有交流电源，它在缝隙里交变电场用以加速带电粒子。,目标：,用来取得高能带电粒子，去轰击原子核或其它粒子，观察其中反应，从而研究原子核或其它粒子性质；也能够得到有用射线。,原理：,使带电粒子在电场与磁场作用下，得以往复加速到达高能。,10.4.4 盘旋加速器,第9页,我国第一台盘旋加速器,第10页,兰州重离子加速器,北京正负电子对撞机,合肥同时辐射加速器,我国最大三个加速器,第11页,雷电,极光,极光形成,和太阳活动、地磁场与高空大气都有亲密关系。因为太阳激烈活动，放射出无数带电微粒，当带电微粒流射向地球进入地球磁场作用范围时，受后者影响，便沿着地球磁力线高速进入到南北磁极附近高层大气中，与氧原子、氮分子等质点碰撞，使它们激发，由此产生极光。,第12页,1、霍耳效应概念,厚度b,宽为,导电薄片,，沿x轴通有电流强度I，当,在y轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧,产生一电位差,，这一现象称为,霍耳效应,霍耳效应,第13页,2、霍耳效应机理,设导电薄片,载流子（参加导电带电粒子）电量为q,q,受力为：,方向：沿Z轴正向,大小：,(1)假如,q0,其定向速度,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,因为有,作用，,侧堆积正电荷，,侧出现负电荷,与电流方向同向。,所以产生,电场,指向,对q作用力:,第14页,稳定电势差:,两侧,V,+,+,+,+,+,+,+,+,当导体上下两个侧面电,势差稳定时，导体内部载,流子所受电磁力平衡，由,此得:,第15页,称为霍耳系数,，它是和材料性质相关常数,第16页,(2)假如,q0时，0,(2)q0时，0,1）.测磁感应强度；,2）依据霍耳电压正负能够确定半导体类型；,3）测导体中载流子密度。,第18页,磁流体发电,气体在3000K,高温下将发生电离，成为正、负离子，将高温等离子气体以1000m/s速度进入均匀磁场B中，,依据洛仑兹力公式,+,高温等离子气,+,+,I,正电荷聚集在上板，负电荷聚集在下板，因而可向外供电。,第19页,10.4.2磁场对电流作用,第20页,设：电流元中载流子电量为,即电流元在磁场中受到磁力为：,一、安培定律,载流子漂移速度为,由分析可得：,由洛伦兹力公式可得：,安培力,第21页,大小,方向判断,右手螺旋,载流导线受到磁力：,磁场对电流元作用：,安培力,第22页,1、长为,载流直导线,B,取电流元,受力大小,方向,积分,结论：,方向：,均匀磁场,中载流导线所受安培力,第23页,讨论,第24页,习题,1.,有二分之一径为,R,半圆形导线，通有电流,I,它处于一磁感应强度为,B,匀强磁场之中。,求：所受安培力.,B,d,F,y,x,o,R,I,d,d,l,I,解：,依据载流导线对称性特点：,第25页,d,l,=,R,d,(,),B,d,F,y,x,o,R,I,d,d,l,I,第26页,例2,.,平面内,任意形状通电导线在均匀磁场中所受作用力。,解：,取一段电流元,建坐标系取分量,第27页,由通电导线始末位置间距离决定。,第28页,在均匀磁场中任意形状,闭,合载流线圈,受合,磁场,力为,零,。,一段平面通电导线在均匀,磁场中所受力只与导线,起点和终点相关，与导线形,状无关。,推论,结论,第29页,非,均匀磁场,中载流导线所受安培力,b,如图：,求导线ab所受安培力,已知：,直导线 ab垂直于长直导线,解：,如图取微元,dx,竖直向上,I,2,dx,df,x,L,d,a,x,y,第30页,例3.无限长直导线与一块无限长薄导体板组成闭合回路，求二者之间单位长度所受到力,薄导体板电流密度,导电线在,x,处磁场,任取板上电流元,则该电流元受到力为,导体板dy段上所受力为,单位长度上所受力为,（彼此平行）,解：,第31页,例4：,长直电流I,1,附近有一等腰直角三角形线框，通以电流I,2,，二者共面。,求,各边所受磁力。,解:,d,a,第32页,d,a,dF,第33页,a,例4.两条平行长直通电导线，所通电流分别为 和 ，,相距为 ，计算单位长度通电导线所受安培力。,解：,第34页,a,导线1、2单位长度上上所受磁力为：,两无限长平行通电导线,第35页,I,=,f,d,d,l,a,1,2,2,I,0,由上面得到单位长度导线作用力为：,在真空相距,1米,两无限长彼此平行直导线,通有相同电流，若每米导线上相互作用力等于,210,-7,N,则导线上电流定义为1安培。,电流,“安培”,定义：,N.A,-2,第36页,四,、,磁场对平面载流线圈作用,1.磁场对矩形平面载流线圈,作用磁力：,1,l,I,2,l,和 在同一平面内,且在一条直线上，是平,衡力。,第37页,该公式适合用于匀强,磁场中任意通电平面,线圈。,说明：,2.磁场对矩形平面载流线圈作用磁力矩,d,1,l,.,第38页,例题5.二分之一径为R半圆形闭合线圈，通有电流I，线圈放在均匀外磁场B中，B方向与线圈平面成30,0,角，如右图，设线圈有N匝，问：,（1）线圈磁矩是多少？,解：,（1）线圈磁矩,P,m,方向与B成60,0,夹角.,（2）此时线圈所受力矩大小和方向？,第39页,磁力矩M方向由 确定，向上。,（2）此时线圈所受力矩为：,大小：,第40页,一塑料薄圆盘,半径为R,电荷q均匀分布于表面,圆盘绕经过盘心垂直面轴匀速转动,角速度,习题：,求,2)圆盘磁矩;,3)若此圆盘处于水平向右匀强磁场 中,1)圆盘中心处磁感应强度;,求该圆盘所受磁力矩.,q,第41页,其中在O处磁感应强度,(方向垂直盘面向外),用圆电流公式计算.圆盘旋转时相当于不一样半径圆电流集合.如上所取细环对应电流：,解：1）,第42页,2).,依据线圈磁矩定义,与细环电流对应磁矩应为:,因为各细环磁矩方向相同,所以总磁矩为:,方向垂直盘面向外。,第43页,3),依据任意闭合回路在外磁场B中所受磁力矩计,方向竖直向上,算公式得：,第44页,讨 论,图示为相互垂直两个电流元,它们之间相互作用力,电流元,所受作用力:,电流元,所受作用力:,第45页,
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