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1、University Physics,安培力,二.磁场对平面载流线圈的作用,作用在DA 和BC上的力大小相等,方向相反在同一直线上,力偶,线圈无平动,对中心的力矩大小为,1. 在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈,令, 结论：在匀强场中，平面线圈所受磁力为零，仅受磁力矩作用 只发生转动，不会发生平动。,讨论:, 线圈所受的力矩 运动趋势,稳定平衡,非稳定平衡,力矩最大，转动, 一般在非均匀磁场中，载流系统有平动和转动,磁力矩总是使线圈磁矩转到和外磁场一致的方向。, 适用于任意形状平面载流线圈, 线圈若有N 匝线圈,2. 磁场力的功,负号表示力矩 作正功时减小, 安培力所做的功等于电流强度乘以导线所扫
2、过的磁通量,解,求,例,半径为R=0.10m的半圆形闭合线圈，载有电流I=10A，置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面平行，,(1) 线圈所受的磁力矩；,(2) 在磁力矩作用下，线圈转过900角时，磁力矩作的功,(1),由于回路中电流不变，,(2),一.洛伦兹力, 实验结果,9-6 带电粒子在磁场中的运动,以速度v运动的单个带电量q的粒子在磁场中受到的磁场力f, 安培力与洛伦兹力的关系,安培力是大量带电粒子洛伦兹力的关系,(1) 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故,说明,对电荷不作功,(2) 在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在时，带电 粒子所受的力为,(3) 为负时，,反向,只改变粒子的方向
3、,而不改变它的速率和动能,例,二.带电粒子在均匀磁场中的运动,情况,带电粒子的运动不受磁场影响,情况,O,R,R 与 成正比,T 与 无关,它是磁聚焦, 回旋加速器的基本理论依据, 粒子回转周期与频率,讨论,(1) 如何观察粒子的轨迹？,云室，,气泡室,(2) 确定粒子的速度和能量。,(3) 判别粒子所带电荷的正负。,带电粒子的偏转方向,过饱和蒸汽,不稳定状态,过热液体,根据,来判断,带电粒子,根据宇宙射线轰击 铅板所产生的粒子 轨迹, 发现了正电子,(4) 回旋加速器,加速 带电粒子,利用,高频交流电压,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,-,+,实际上中间很窄,相对论效
4、应,回旋加速器, 一般情况,带电粒子作螺旋运动,粒子的速度 与 斜交成 角,若只有 分速度,则粒子在垂直于 的平面内作匀速圆周运动。,若只有 分速度,磁场对带电粒子没有作用力，,的方向作匀速直线运动。,粒子将沿平行于,R,旋转周期,回旋半径,螺距,磁聚焦原理,粒子 源A,当 很小时,接收 器 A/,即:当带电粒子束发散角不太大时，若带电粒子的速度 又大致相同，,应用,重新会聚。,因其轨迹有几乎相同的螺距，,粒子束经过一个回旋周期后，,则带电,它广泛应用于真空器件中，特别是电子显微镜中, 磁约束原理,在非均匀磁场中，速度方向与磁场方向不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化,
5、磁场增强，运动半径减少,强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近的很小范围内 作螺旋运动,三. 带电粒子在非均匀磁场中的运动, 横向磁约束,能约束带电粒子运动的磁场的作用效应, 磁约束,减少粒子的纵向前进速 度，使粒子运动发生“反射”,纵向磁约束,磁镜,在非均匀磁场中，纵向运动受到抑制 磁镜效应,受控热核聚变实验研究,磁镜效应的典型应用,能约束运动带电粒子的磁场分布称为磁镜约束 磁瓶, 地球的磁约束效应 天然磁瓶,线圈,线圈,高温等离子体,极光,由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象,college physics,18,2000年的5月初发生的辉煌壮观的磁暴。北半球的天空散发着玫瑰色以及大条大条的彩
6、色光线。在美国,加拿大,欧洲甚至亚洲的部分地区,人们都能看到美丽的极光。,a,五.霍尔效应,在一个通有电流的导体(或半导体)板上，若垂直于板面施加一磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向上,板面两侧会出现微弱电势差, 霍尔效应,(1) 装置,l,d,I,b,实验结果,(2) 原理,横向电场阻碍电子的偏转,洛伦兹力使 电子偏转,当达到动态平衡时：,霍耳系数,讨论,(1) 通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度,研究半导体材料性质的有效方法（浓度随杂质、温度等变化）,(2) 区分半导体材料, 霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关,N 型半导体,P 型半导体,(3) 霍尔效应原理的应用 磁流体发电,高
7、温导 电气体,没有机械转动部分造成的 能量损耗可提高效率, 无污染,起动快,特点：,(1) 该半导体是p 型，n 型,(2) 载流子的浓度 n,解,求,例,I,a,b,c,A,(1),所以该半导体是n 型,A 面上积聚正电荷,面上积聚负电荷,(2),一. 磁介质及其分类,1. 磁介质 放入磁场中能够显示磁性的物质,电介质放入外场,磁介质放入外场,相对磁导率,反映磁介质对原磁场的影响程度,9.7 物质的磁性,2. 磁介质的分类,（1）顺磁质,（2）抗磁质,减弱原场,增强原场,如 锌、铜、水银、铅等,如 锰、铬、铂、氧等,弱磁性物质,顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1,（3）铁磁质,通常不是
8、常数,具有显著的增强原磁场的性质,强磁性物质,3.有磁介质存在时的磁场,二. 磁化机理,原子中电子的轨道磁矩,1. 安培分子环流的概念和方法,电子的自旋磁矩,电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级,分子固有磁矩, 所有电子磁矩的总和,抗磁质,对外不显磁性,顺磁质,由于热运动，对外也不显磁性,(1)无外磁场作用时,2.磁化机理,(2)有外磁场作用时,顺磁质,分子的固有磁矩,受力矩,的作用，,使分子的固有磁矩趋于外磁场方向,排列。但由于分子热运动的影响，各分子 固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外 磁场越强，排列越整齐。,正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强， 但这种加强很小。,抗磁质,它的分子没
9、有固有磁矩，为什么也能受磁场 的影响？,这是由于抗磁质在外磁场的作用下产生“感应”磁矩的缘故。,电子轨道半径不变,当外场方向与原子磁矩反方向时,当外场方向与原子磁矩同方向时,结论：,无论电子轨道运动如何，外磁场对它的 力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。,结论：,抗磁质磁化,每个分子中的所有电子都产生“感应”磁矩。,与外磁场方向相反。,在外磁场中，分子固有磁矩的转向效应不存在。,其磁化的主要原因是：引起的附加磁矩。,在外场作用下，,则磁介质产生附加磁场,将顺磁质放入外场,固有磁矩在外磁场作用下，产生取向转动， 磁矩将转向外场方向 宏观上产生附加磁场,顺磁质磁化,电子轨道运动，电子自旋运动，核的自旋运动在外磁场的作用下，产生的力矩，使得它们都产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩（感应磁矩）,则磁介质产生附加磁场,与外场方向相同,三. 有磁介质的高斯定理,在磁介质存在时，磁感应线仍然是一系列无头无尾的闭合曲线, 含磁介质的磁高斯定理,对于任意闭合曲面S,
