大學(xué)物理磁場對電流的作用課件

第十一章磁場對電流的作用NSIIactionofmagneticfieldonthecurrent

Chapter11磁場對電流的作用第十一章第十一章磁場對電流的作用NSIIactionof1本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter11安培定律Ampere’slaw磁場對截流線圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop洛倫茲力Lorenzforce本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter11安培定2第一節(jié)11.1安培定律Ampere’slaw第一節(jié)11.1安培定律Ampere’slaw3安培定律長度為的載流導(dǎo)線在磁場中受的安培力ldFlFlIldB若載流導(dǎo)線各電流元受力同向，合力大小Fl0sinqBIldBqldIFd大小sinqBIldFd矢量式FdIldBIldB電流元在磁場中Fd受的作用力（安培力）與方向IldB相同一、安培定律的內(nèi)容一、安培定律的內(nèi)容安培定律長度為的載流導(dǎo)線在磁場中受的安培力ldFlF4例一例lBIq均勻磁場F當(dāng)或時(shí)，q0p當(dāng)時(shí)，2pqF0F極大，F(xiàn)maxlBI解法提要dFlFl0sinqBIldl0sinqBIldsinqlBI方向先用安培定律寫出電流元的受力，然后積分。力的大小（一維力）求下圖載流直導(dǎo)線所受的安培力二、安培定律的應(yīng)用二、安培定律的應(yīng)用例一例lBIq均勻磁場F當(dāng)或5例二RBI勻強(qiáng)IO例求下圖半圓電流所受的安培力YXadaldXFdFdyFdXFlXFddFcosaBIldcosa0RdaBIcosa0p0FyldFBIld0daRBI0pFdysinasinasina2RBIF方向沿Y軸正向2RBI故，合力Fy解法提要dFsinqBIld電流元與

正交Bqp2dFBIldXFddFcosasinadFFdyldRda根據(jù)安培定律例二RBI勻強(qiáng)IO例求下圖半圓電流所受的安培力YXadald6載流導(dǎo)線間的作用載流導(dǎo)線間的相互作用載流導(dǎo)線間的作用載流導(dǎo)線間的相互作用7續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用8續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用續(xù)II載流導(dǎo)線間的相互作用9兩無限長直電流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2IaFd=IldBFdld=pmO2Ia21m1A1A令4mO=107pA2可導(dǎo)出mONNm1072=Fdld1兩長直平行電流的相互作用兩長直平行電流的相互作用兩無限長直電流作用aIBFdFdldldBIB=pmO2Ia10第二節(jié)11.2磁場對截流線圈的作用actionofmagneticfieldwithcurrentloop第二節(jié)11.2磁場對截流線圈的作用actionofmag11磁場對載流線圈作用nBnInInInI一、磁場對載流線圈的作用一、磁場對載流線圈的作用磁場對載流線圈作用nBnInInInI一、磁場對載流線圈的作12續(xù)其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssinqMPmB或其中載流線圈的磁矩PmIsn側(cè)視圖nabcdabFcdFFbcFadBIaqIIIl12l俯視圖cdFadFbcBaqaqnd載流線圈的單位法線abFcdFIl1BFadFbcI2lBsinp2IB2lsinp2Il1B（相互抵消）（一對力偶）續(xù)其力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssin13穩(wěn)定、非穩(wěn)定平衡M外2q01M外M磁nBcd非穩(wěn)定平衡nB與反向M磁nB與同向Bncd穩(wěn)定平衡二、載流線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動(dòng)二、載流線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定、非穩(wěn)定平衡M外2q01M外M磁nBcd非穩(wěn)定平衡nB與14例三例求下圖載流線圈所受的安培力及對Y軸的磁力矩解法提要BIXRaxodaFdBYdlIa勻強(qiáng)故力矩MIBpR2dFBIldsinaldRda電流元受力FdFIRBsinada0p2IRB0p2sinada0線圈受力MIBssinqnB載流線圈法線與正交qp2spR2，線圈面積線圈受磁力矩例三例求下圖載流線圈所受的安培力及對Y軸的磁力矩解法提要BI15磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=IaalBIBrs==rFIF的功磁力的功BFIabcdIIl磁力的功abIFA=Faa=Ia16磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn產(chǎn)生一角位移M載流線圈受磁力矩作用磁力矩的功MA=IrFFabcd)=I-Fabcd)磁力矩的功IabcdabcdnnMBIIIIn產(chǎn)生一角位移M17第三節(jié)11.3洛倫茲力Lorenzforce第三節(jié)11.3洛倫茲力Lorenzforce18洛倫茲力電流元中的電流I=dQdt=ndSdlqdt=ndSqv由安培定律可得=dFIdlB=ndSqvdlBIdl中共含粒子數(shù)dN=ndV=ndSdl共含電荷量dQ==ndSdldNqq一、洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷vqF在磁場(,(中受到的(磁)力B((電流元Idl中，每粒子電荷量q（設(shè)）q0運(yùn)動(dòng)速度v粒子數(shù)密度n電流元vqdSn=vdtdlB每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受的磁力=FqvdFdN=B(洛侖茲力）洛倫茲力電流元中的電流I=dQdt=ndSdlqdt=ndS19洛倫茲力是安培力的微觀根源。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。F=0Bv時(shí)Bv時(shí)Fmax=qvB，矢量表達(dá)式q+vFBqvqqBF其大小=FqvBsinq其方向同vB反vBq0((q0((=FqvB洛倫茲力洛倫茲力是安培力的微觀根源。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。F=20BFFvv+qqmmBvF=q洛倫茲力Rmv2=向心力2pB=qm周期T=2pRvB=qRmv半徑運(yùn)動(dòng)軌跡三、帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動(dòng)BFFvv+qqmmBvF=q洛倫茲力Rmv2=向心力2pB21質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理++++++++++++++++++++++++離子源v+++++質(zhì)譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8++質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理+++++++++++++++++++++22偏轉(zhuǎn)++運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)++++v偏轉(zhuǎn)B偏轉(zhuǎn)++運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)++++v偏轉(zhuǎn)B23螺線BBv+v螺線BBv+v24續(xù)+vvvBqBvvqv帶電粒子在磁場中的螺旋運(yùn)動(dòng)續(xù)+vvvBqBvvqv帶電粒子在磁場中的螺旋運(yùn)動(dòng)25螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmvRsin半徑=v=mmBqqBq螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmv26磁約束BFIIvBBFF+磁約束(磁鏡效應(yīng))磁約束F磁約束BFIIvBBFF+磁約束(磁鏡效應(yīng))磁約束F27算例BlLYX+vqm,求圖中粒子vqm,(,(通過lL＋后的向偏距y=RqmvBqtgq=lR22l2yqy1y=?++y=1y2y=RR22lLtgq+算例BlLYX+vqm,求圖中粒子vqm,(,(通過lL＋后28E+B中的帶電運(yùn)動(dòng)粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv+qv++++EB+qvqvmFeFmFeF合力(矢量式)eF=qEmFaeF=mF=+qEvB()=+三、帶電粒子在均勻電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況較復(fù)雜（分析略）受電場力qmFv=B受磁場力E+B中的帶電運(yùn)動(dòng)粒子++++E+qqeFeFBmFmFqv29速度選擇器速度選擇器++++EBv離子源q若Fe=mFqE=qvB即=vBE的粒子勻直運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)被選擇FemF速度選擇器速度選擇器++++EBv離子源q若Fe=mFqE=30霍耳效應(yīng)+-IIv+v正負(fù)載流子在電場作用下的運(yùn)動(dòng)方向四、霍耳效應(yīng)﹡﹡載流導(dǎo)體薄片位于垂直于電流方向的磁場中會(huì)在垂直于電流和磁場方向的兩端面出現(xiàn)電勢差霍耳效應(yīng)+-IIv+v正負(fù)載流子在電場作用下的運(yùn)動(dòng)方向四、31霍耳電壓霍耳效應(yīng)+-II+vF0+霍耳電壓++++++------B橫向電勢差的形成霍耳電壓霍耳效應(yīng)+-II+vF0+霍耳電壓++++++---32續(xù)續(xù)+-II0+霍耳電壓++++++------BFv+-IIFB0+霍耳電壓++++++------v------+橫向電勢差的形成續(xù)續(xù)+-II0+霍耳電壓++++++------BFv+-I33載流子數(shù)密度載流子數(shù)密度n+-IB++++++霍耳效應(yīng)I0+霍耳電壓+-IIBF0+霍耳電壓v++++++------++++++------+Fvddnnqq1V2V011221V2V0霍耳電壓p型半導(dǎo)體(空穴導(dǎo)電)0RH型半導(dǎo)體(電子導(dǎo)電)nRH0RHIB1V2dVRH霍耳系數(shù)nq1載流子數(shù)密度載流子數(shù)密度n+-IB++++++霍耳效應(yīng)I0+34AMS磁譜儀+中子質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反中子nn反氦核nn氦核++nna用磁譜儀(AMS)探測反氦核科普科普AMS磁譜儀+中子質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反中子nn反氦核nn氦35續(xù)nn++nn+B質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反氦核氦核+nn++nna用