大学物理安培力.pptx

14-4 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用一、安培力一、安培力(Ampere force)考察考察电流元电流元 ：包含载流子数：包含载流子数：dN=nSdl.每个载流子受力均为每个载流子受力均为在在外磁场外磁场 中，中，电流元受力为：电流元受力为：LI nI大小：大小：dF=Idl Bsin 方向：由方向：由 决定，满足右螺关系。决定，满足右螺关系。一段载流导线一段载流导线L在磁场中受力为：在磁场中受力为：称为称为安培力安培力。安培力是洛仑兹力的宏观体现。安培力是洛仑兹力的宏观体现。二、应用举例二、应用举例1、均匀磁场中均匀磁场中一段载流直导线：一段载流直导线：lI各电流元受力方向：各电流元受力方向：载流直导线受力大小为载流直导线受力大小为结论：结论：长为长为l,方向沿方向沿I流向。流向。屏幕屏幕2、均匀磁场中均匀磁场中一段载流曲导线：一段载流曲导线：例例6.I由安培力公式，由安培力公式，解：解：起点与终点一样的曲导线和直导线，起点与终点一样的曲导线和直导线，在在均匀均匀磁场中，所受安培力一样。磁场中，所受安培力一样。若若a、b重合？重合？均匀均匀磁场中，闭合载流回路整体上不受磁力。磁场中，闭合载流回路整体上不受磁力。3、平行电流间的相互作用力、平行电流间的相互作用力a1I12I2 为导线为导线1在在 处产生的处产生的磁感应强度。磁感应强度。方向：方向：指向导线指向导线1大小：大小：导线导线2单位长度受力大小为：单位长度受力大小为：不妨取不妨取1为施力物体，为施力物体，2为受力物体：为受力物体：12dI1I2 结论：结论：电流强度分别为电流强度分别为I1、I2的相的相距为距为a 的两平行载流长直导的两平行载流长直导线，它们之间单位长度上产线，它们之间单位长度上产生的力大小为：生的力大小为：若若I1、I2同向同向，则相互，则相互吸引吸引；若若I1、I2反向反向，则相互，则相互排斥排斥。三三、载流线圈在磁场中受到的力矩、载流线圈在磁场中受到的力矩以匀强磁场中刚性矩形载流线圈为例以匀强磁场中刚性矩形载流线圈为例(书书p84-85)：I线圈所受合力为线圈所受合力为0，不会平动。，不会平动。但合力矩不为但合力矩不为0：（可推广至（可推广至匀强匀强磁场中磁场中任意形状的平面线圈任意形状的平面线圈）若有若有N匝线圈，则匝线圈，则区分磁矩区分磁矩和磁力矩和磁力矩（俯视）（俯视）与与 同向同向稳定平衡稳定平衡 与与 反向反向不稳平衡不稳平衡（稍偏离，能恢复）（稍偏离，能恢复）（稍偏离，被破坏）（稍偏离，被破坏）M=0.四、磁感应强度的第二种定义四、磁感应强度的第二种定义利用磁力矩利用磁力矩1、试验线圈：、试验线圈：（1）线度小）线度小线圈范围内磁场可视为均匀。线圈范围内磁场可视为均匀。（2）通电流小）通电流小不影响磁场原有性质。不影响磁场原有性质。2、定义：、定义：大小：大小：方向：方向：线圈稳定平衡时磁线圈稳定平衡时磁矩的方向矩的方向还可利用安培力定义磁感应强度。还可利用安培力定义磁感应强度。试验线圈所受最大磁力矩试验线圈所受最大磁力矩非均匀磁场中，载流线圈除可能受到磁力矩外，非均匀磁场中，载流线圈除可能受到磁力矩外，一般还受到磁力的作用。（略）一般还受到磁力的作用。（略）五、磁力的功五、磁力的功安培力作功：安培力作功：力矩的功本质上就是力的功，同样可证明力矩的功本质上就是力的功，同样可证明此结论适用于磁力矩此结论适用于磁力矩(见书见书p86-87，自学，自学)结论可推广至非均匀外磁场。结论可推广至非均匀外磁场。约定约定:回路的正法线与回路的正法线与I绕向成右螺关系绕向成右螺关系一、运动电荷的磁场一、运动电荷的磁场电流元电流元 产生：产生：nI包含载流子数：包含载流子数：dN=nSdl.每个运动电荷产生的磁场为每个运动电荷产生的磁场为（q为代数量，有正、负之分）为代数量，有正、负之分）14-5 带电粒子的运动带电粒子的运动+-比较：比较：产生磁场产生磁场在磁场中受力在磁场中受力电流元电流元 载流子载流子（宏观量）（宏观量）（微观量）（微观量）二、带电粒子在二、带电粒子在均匀磁场均匀磁场中的运动中的运动(不计重力不计重力)1、时时+匀速直线运动匀速直线运动2、时时 m+q回旋周期：回旋周期：匀速率圆周运动匀速率圆周运动3、与与 斜交时斜交时匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动等螺距螺旋运动等螺距螺旋运动（1）螺旋半径：）螺旋半径：（2）回旋周期：）回旋周期：（3）螺距：）螺距：三、霍尔效应三、霍尔效应(Hall effect)1879年年Hall 美美发现：把一载流导体放在磁场中，发现：把一载流导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向若磁场方向与电流方向，则在与磁场和电流二，则在与磁场和电流二者都者都的方向上出现微弱电势差的方向上出现微弱电势差Hall效应。效应。I+_+-EHBhb-B-ev以金属导体为例：以金属导体为例：金属中的电流就是自金属中的电流就是自由电子的定向移动由电子的定向移动（与电流反向）。（与电流反向）。自由电子受洛仑兹力作用导致正、负电荷相对自由电子受洛仑兹力作用导致正、负电荷相对集中，产生集中，产生Hall电场电场I+_+-EHBhb-B-ev平衡时，平衡时，电势差为：电势差为：Hall系数，仅与导体材料有关。系数，仅与导体材料有关。p型半导体型半导体(空穴导电空穴导电)n型半导体型半导体(电子导电电子导电)对对Hall效应来说，正电荷的运动与等量负电荷效应来说，正电荷的运动与等量负电荷的反向运动并不等效！的反向运动并不等效！练习：学习指导练习：学习指导“磁学磁学”一、一、48二、二、28、3538、41、42三、三、77、7981、83、84六、六、109作业：作业：习题习题14-6、14-7(p94)、14-11(p95)、14-17(p96)思考题：思考题：思考题思考题14-6、14-7.