大学物理f磁力.pptx

1第六章磁力第六章磁力Magnetic Force 基本磁现象基本磁现象 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度 洛仑兹力洛仑兹力 霍尔效应霍尔效应 安培力安培力内容内容25.3 洛仑兹力洛仑兹力 Lorentz Force 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力特点：特点：不改变的大小，只改变不改变的大小，只改变 的方向的方向q实验：实验：3广义广义洛仑兹力：洛仑兹力：4 1.带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动q匀速直线运动匀速直线运动匀速率圆周运动匀速率圆周运动q5q周期周期与速度大与速度大 小无关小无关一般情形一般情形螺旋运动螺旋运动运动方程运动方程匀速圆周匀速圆周 运动半径运动半径62.带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在非均匀磁场中的运动q有指向磁场较弱方向有指向磁场较弱方向的分量的分量,q 将被反射。将被反射。磁镜效应磁镜效应应用：应用：磁约束磁约束(人工核聚变人工核聚变)三者空间关系要想象三者空间关系要想象7B8天然磁约束天然磁约束Van Allen辐射带：辐射带：pe-地球地球第一辐射带第一辐射带：质子质子(h几千几千km)第二辐射带：第二辐射带：电子电子(h几万几万km)2001年发现：赤道上空年发现：赤道上空400公里存在一个质子环公里存在一个质子环9 在在地地磁磁两两极极附附近近，由由于于磁磁感感线线与与地地面面垂垂直直，外外层层空空间间入入射射的的带带电电粒粒子子可可直直接接射射入入高高空空大大气气层层内内，它它们们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光10 在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空在地磁两极附近，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，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光115.4 霍尔效应霍尔效应 Hall Effect In 1879，E.H.Hall发现：发现：q+Q QUHIb单位体积中的单位体积中的 载流子数目载流子数目在磁场中，载流导体上会出现横向（与电在磁场中，载流导体上会出现横向（与电流方向垂直）电势差。流方向垂直）电势差。霍尔效应霍尔效应12应用：应用：半导体中载流子的正负、浓度半导体中载流子的正负、浓度量子霍尔效应量子霍尔效应磁感应强度测量磁感应强度测量作控制元件作控制元件In 1980，Klaus von Klitzing发现：发现：霍尔电阻霍尔电阻B0UH(I恒定恒定)13量子理论结果：量子理论结果：以后崔琦等又发现：以后崔琦等又发现：在更强磁场下在更强磁场下分数量子霍尔效应分数量子霍尔效应141998年诺贝尔物理学奖获得者之一年诺贝尔物理学奖获得者之一崔琦崔琦美籍华人美籍华人Daniel C.Tsui1939 生于河南生于河南分数量子霍尔效应分数量子霍尔效应崔崔琦琦和和施施特特默默1982 1998Nobel Prize155.5 安培力安培力 Ampere Force 磁场对载流导线的作用力磁场对载流导线的作用力L1.均匀磁场中均匀磁场中载流导线载流导线baI 16载流线圈载流线圈I合力：合力：磁力矩：磁力矩：载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩磁矩定义磁矩定义：abcdIS面积面积注注线线圈圈法法向向单单位位矢矢量量 ,与与 I 方向成右手螺旋关系方向成右手螺旋关系17N匝匝载流线圈的磁矩：载流线圈的磁矩：2.非均匀磁场中的安培力：非均匀磁场中的安培力：在非均匀磁场中，载流线圈所受磁力在非均匀磁场中，载流线圈所受磁力一般不为零一般不为零Note:18Chap.5 SUMMARY 的定义的定义洛仑兹力：洛仑兹力：q(B=Fmax/qv )带电粒子在均匀磁场中的运动：带电粒子在均匀磁场中的运动：一般情形一般情形19霍尔效应霍尔效应 在磁场中，载流导体上会出现横向在磁场中，载流导体上会出现横向(与与 电流方向垂直电流方向垂直)电势差电势差q+Q QUHIb产生机制：产生机制：20安培力：安培力：L均匀磁场中：均匀磁场中：载流导线载流导线baI21载流线圈载流线圈IS面积面积非均匀磁场中非均匀磁场中：22 Chap.5 EXERCISES解：解：电电子子速速率率v=1 104m/s,当当它它沿沿X轴轴正正向向通通过过A点点时时,受受到到沿沿+Y方方向向的的力力,F=8.01 1017N;当当它它沿沿+Y方方向向以以同同一一速速率率通通过过A点点时时，所所受受力力的的Z分量分量FZ=1.39 10-16N,求求 A点的大小和方向。点的大小和方向。AXYZ23令令 ，则有，则有又令又令 ，则有，则有按题意按题意按题意按题意24综之综之方向：方向：如图如图将将“电子电子”改为质子，其余条件不变，改为质子，其余条件不变，结果？若改为结果？若改为 粒子呢粒子呢？思考思考25 -ab答案：答案：(C)一铜片置于均匀磁场中，一铜片置于均匀磁场中，其中电子流的方向如图其中电子流的方向如图所示，试问下述哪一种所示，试问下述哪一种情况将会发生？情况将会发生？(A)电子受到洛仑兹力而减速电子受到洛仑兹力而减速.(B)铜片上产生涡流铜片上产生涡流.(C)铜片上铜片上a、b两点间产生电势差两点间产生电势差,且且Ua Ub.(D)铜片上铜片上a、b两点间产生电势差两点间产生电势差,且且Ua Ub.当磁场增强时，该电势差如何变化？当磁场增强时，该电势差如何变化？思考思考26rdr的的圆圆环环，则则圆圆环环内内相相当当于于有有电电流流，该该电电流流环环所所受受磁磁力力矩矩的的大大小小为为，圆圆盘盘所受合力矩的大小为所受合力矩的大小为半半径径为为R、电电荷荷面面密密度度为为 的的均均匀匀带带电电圆圆盘盘，以以角角速速度度 在在均均匀匀磁磁场场中中旋旋转转轴轴线线与与垂垂直直在在距距盘盘 心心 为为r处处，取取 宽宽 为为 dr 解：解：圆环内相当于有圆环内相当于有电流电流