电13 磁力概要

第13章磁力13.1磁力与电荷的运动一、基本磁现象NSII1820年奥斯特IIII同极相斥异极相吸NSSNSNSNISN第一次揭示了电现象和磁现象的联系志同道合13.2磁场与磁感应强度一、洛仑兹力大小：sinFmqvB方向：右手螺旋注：洛仑兹力永远不对粒子做功二、磁感应强度（描述磁场本身的性质）sinFBmqv090vqveFBm最大qBvFmBqFmv磁感应强度方向还有各种定义方法，除上述方法外，我们还可以右手螺旋定则来定义。B的SI单位：特斯拉Guass410mN/A1)T(1三、磁场的叠加iBB产生磁场的电荷或电流称为磁场源四、磁通量ФФ的定义是通过某一面积的磁通线的总条数。sdB单位：韦伯1Wb=1T·m2直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场•无头无尾闭合曲线•与电流套连磁力线的特征13.3带电粒子在磁场中的运动一、带电粒子在均匀磁场中的运动1、运动方向与磁场方向平行BvqF=0所以：F=0+Bv结论：带电粒子作匀速直线运动。2、运动方向与磁场方向垂直FR+vB运动方程：运动半径：qBmvRqvBFRvmqvB2周期：vRT2频率：mqBT21带电粒子作匀速圆周运动，其周期和频率与速度无关。结论：qBm2与速度v无关3、运动方向沿任意方向+vBv2匀速圆周运动v1v2v1匀速直线运动qBmvRsin半径：qBmT2周期:螺距：cos21vqBmTvh结论：等螺距螺旋运动h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。0vB带电粒子在电、磁场中的运动对比EqF匀速直线运动0F匀强电场匀强磁场E//v0Ev0与夹角Ev0与夹角Bv0B//v0Bv0BqvF0匀速率圆周运动qBmvR0qBmT2sin0BqvF等螺距螺旋线运动qBmvqBmvRsin0cos20vqBmTvh//匀变速直线运动类平抛类斜抛F0v0vFR和h变化的螺旋运动:当粒子向磁场较强处螺旋前进时，它受到的磁场力有一个和前进方向相反的分量。这一分量有可能最终使粒子的前进速度减小到零，并继而沿反方向运动。强度逐渐增加的磁场能使粒子发生“反射”，因而把这种磁场分布叫做磁镜。三、带点粒子在非均匀磁场中运动带电粒子的磁约束图(b)所示的环形磁场结构（环形磁瓶）)(BEqFv1、速度选择器：mfef要想速率为v的粒子从S'射出，必须满足条件：emffqEBqvBEv—–只有此速率的粒子能通过滤速器射出三、带电粒子在电场和磁场中运动举例SSqBE带电粒子通过均匀电场E和均匀磁场BqEfeBqfmv2、质谱仪：...................................................................1p2p+-2s3s1s速度选择器照相底片质谱仪的示意图RmBq2vvvRBqm7072737476锗的质谱用物理的方法分析同位素的仪器3、回旋加速器回旋加速器是原子核物理、高能物理等实验研究的一种基本设备。R0VB通过半圆盒的时间：RmvqB回旋周期：2mTqBmqB2回旋频率：mRBqmvEK22120222粒子动能：mqBRv0粒子到达盒边缘的速度:兰州重离子加速器北京正负电子对撞机合肥同步辐射加速器我国最大的三个加速器194、霍耳效应-BqFmFevnbqIBUHbIBKH霍耳电势差：nqKH1判断载流子种类，测量载流子浓度，I+++++++++++++++________++++++-----EHBhb霍耳电阻BnqbBIURHH载流导体产生磁场磁场对电流有作用一.磁场对载流导线的作用大小：方向：由左手定则确定任意形状载流导线在外磁场中受到的安培力(1)安培定理是矢量表述式(2)若磁场为匀强场在匀强磁场中的闭合电流受力013.4-5磁场对电流的作用讨论安培力ablIdIB例题1均匀磁场中弯曲导线所受磁场力其所受安培力BlIFdd在导线上取电流元lIdBlIBlIFF)d(ddLLldBLIFsinBILF方向垂直于屏幕向里均匀磁场中，弯曲载流导线所受磁场力与从起点到终点间载有同样电流的直导线所受的磁场力相同.RBIF2方向向右0FI受力0F练习：1.求下列各图中电流I在磁场中所受的力1IIoRbaBIBII×××××××××××××××θdl×××××××××××××××例2求半圆形载流导OXYdFRθθIBRθFFLLddsinsinIRBF2BlIF解：lF任意平面载流导线在均匀取电流元线在均匀磁场中所受的力。∴dF=IdlBIdl：BBBlId由于对称，,0xF磁场中受力：Pm=IS=ISenθ例3磁场对平面载流线圈的作用IennIl1l2OO′BθF1enl1F2B⊙BIlFF221线圈所受力偶(矩)：θlFθlFMsin2sin22211θISBsin对任意形状的平面载流线圈：BPMm磁力矩：∵在均匀磁场中：磁矩IB.FFFI....................BB++++++++++++++++++IFmax,2πMM0,0M稳定平衡不稳定平衡讨论1）方向与相同Bne2）方向相反3）方向垂直0,πM力矩最大结论:均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为BmMF,02/π,,maxmBMMBmne与成右螺旋I0稳定平衡非稳定平衡0,//MBmneNISm磁矩