大学物理-多媒体课件_-04_电流和磁力(自学).ppt

* 第14章 电流与磁力(自学) §1 磁场对载流导线的作用力 安培力 §2 磁场对载流线圈的作用力矩 §3 磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力 二.整个载流导线受力 §1 磁场对载流导线的作用力 安培力 一.安培定律 安培指出，任意电流元在磁场中受力为 例1 如图所示 长直电流I1和长为L的电流I2平行共面，相距为a。求I2受I1的磁场力。 解：在电流上任取一电流元 电流I1在电流元 处磁感强度为 方向垂直纸面向里 安培力 由于各电流元受力方向相同 所以，合力方向指向I1 （如图） 合力大小： 由于各电流元处磁感强度相同 代入数据得 # 例2 如图所示 长直电流I1和长为L的电流I2垂直共面 相距为a 求I2受I1的磁场力 解：建坐标系如图 在坐标x处取电流元 安培力 电流I1在x处磁感强度为 方向如图 安培力大小为 因为各电流元受力方向相同，所以大小直接相加 合力为： 方向：垂直电流I2平行电流I1 一.载流线圈在均匀磁场中的力矩 *二.载流线圈在均匀磁场中得到的能量 三.与静电场对比 磁场 静电场 §2 磁场对平面载流线圈的作用力矩 一 .洛仑兹力 磁场对运动电荷施以的磁场力是洛仑兹力 其表达式为： 式中： 点电荷运动速度 点电荷处于场点处的磁感强度 点电荷电量 §3 磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力 由于： 所以：洛仑兹力对施力点电荷不作功 如图所示点电荷受到磁场施以的洛仑兹力大小为 二. 霍尔效应 1. 霍尔效应：在磁场中，载流导体或半导体上出现横向电势差的现象 2.霍尔电压：霍尔效应中产生的电势差 上图中导体上下两端面出现电势差 1879年美国物理学家霍尔发现 3.形成机制 以载流子为正电荷为例说明 设载流子速度为 洛仑兹力大小为 从而 上端积累了正电荷 下端积累了负电荷 洛仑兹力使载流子横向漂移 出现电荷积累 使载流子漂移 由于电荷的积累，形成静电场－霍尔电场 洛仑兹力与电场力平衡 载流子不再漂移 上下两端形成电势差 电荷受电力 电势差为 4.霍尔系数 霍尔电阻 由电流强度的定义有 单位体积中的粒子数 霍尔系数 霍尔电阻 三.带电粒子在磁场中运动 1.带电粒子在均匀磁场中运动 设均匀磁场磁感强度为 带电粒子质量为m 电量为q 为了使物理图像清晰 我们分三种不同情况分别说明 1）粒子运动速度平行磁感强度 2）粒子运动速度垂直磁感强度 3）粒子运动速度方向任意 设粒子初速度为 1）粒子运动速度平行磁感强度 粒子不受力 粒子做匀速直线运动 2）粒子运动速度垂直磁感强度 粒子做匀速圆周运动 圆周半径 由 得 由上式可知 圆周运动半径与垂直磁场的速度有关 速度大的粒子圆周半径大 速度小的粒子圆柱半径小 圆周半径 粒子运动的周期 由上式可知 同种粒子（m/q相同）不管其垂直磁场方向的速度如何 在同样均匀磁场中圆周运动的周期相同 与速度无关 3）粒子运动速度方向任意 将上述两种情况综合 设粒子初速度与磁感强度之间夹角为? 粒子做螺旋运动 粒子在垂直磁场的平面里做圆周运动同时又沿磁场方向匀速运动 螺旋半径 螺距 应用 1）电真空器件中的磁聚焦 电子枪发射出一束电子 这束电子动能几乎相同 准直装置保证各电子动量几乎平行于磁感线 由于发散角小，所以各电子 各螺距相同 每经过一个周期大家（电子束）再相会 2）质谱仪 同位素分离 B A? A · · + *2.带电粒子在非均匀磁场中运动 在非均匀磁场中带电粒子运动的特征： 1）向磁场较强方向运动时 螺旋半径不断减小 根据是： 非均匀磁场 *