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1、一、洛伦兹力,由前面对磁感应强度的定义知：,矢量式：, 洛伦兹力公式,8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动,方向：垂直 和 组成的平面， 指向：由右手螺旋定则决定。,大小：,说明：,1、洛伦兹力F的方向垂直于v和B所确定的平面。,2、洛伦兹力F不能改变带电粒子速度v的大小， 只能改变其运动方向。,1. 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, = 0,F = 0,结论： 带电粒子作匀速直线运动。,动力学方程：,运动半径：,周期：,频率：,(2) 运动方向与磁场方向垂直,(3),匀速直线运动 匀速率圆周运动,等距螺旋运动,螺旋线半径为,螺旋周期为,螺旋线的螺距为,2. 带电粒
2、子在非均匀磁场中的运动,带电粒子沿磁场方向速度减小至零，从而掉向反转运动,B变大,R变小,(1) 磁约束装置（磁瓶）,非均匀磁场的应用,范艾仑辐射带的形成示意图,(2) 范艾伦（Van Allen）辐射带,美丽的极光,1. 显象管中电子的磁聚焦装置示意图,二、带电粒子在电磁场中的运动和应用,1929年，劳伦斯发明了回旋加速器,2、回旋加速器,结构示意图 由电磁铁、 D形真空 盒、带电粒子源组成,原理图,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,3、速度选择器,4、质谱仪,质谱仪是研究物质同位素的仪器。,N ：为粒子源,P：为速度选择器,1879年，霍耳（E.H.Hall）发现，
3、把一载流导体薄片放在磁场中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差。这一现象称为“霍耳效应”，这电势差称为“霍耳电势差”。,（RH称为霍耳系数）,4、霍耳效应,动态平衡时：,以金属导体为例,令：,RH 称为“霍耳系数”,霍耳系数RH与电荷密度n成反比。在金属中，由于电荷密度很大，因此霍耳系数很小，相应霍耳效应也很弱。而在一般半导体中，电荷密度n较小，因此霍耳效应也较明显。,1、判断下列半导体类型,P型半导体 （定向运动的 电荷为正电荷）,N型半导体 （定向运动的 电荷为负电荷）,霍耳效应的应用,+,2、测磁感应强度,3、测n,4、磁流体发电,8-6 磁场对
4、载流导线的作用,演示实验：,在两根平行金属道轨上放一导体棒，导体棒位于马蹄形磁铁之间；而在轨道的两端接一电源与导体棒构成回路。当合上电源开关后。,一、安培定律,安培力： 磁场对电流的作用力,的大小：,的方向：,（1）右手螺旋法则,（2）左手法则,安培定律：电流元Idl在磁场B中所受的作用力为,磁场对载流导线的作用力：,矢量式:,例1、计算长为L的载流直导线在均匀磁场B中所受的力。,解：,由安培定律：,方向：,二、载流导体在磁场中的受力,a、载流直导线,r,x,I1,I2,例2、无限长直载流导线通有电流I1 ，在同一平面内有长为L的载流直导线，通有电流I2 。（如图所示）求：长为L的导线所受的磁
5、场力。,解：,由安培定律：,b、任意一段载流导线,结论：弯曲导线所受磁力等效于通有相同电流的从起 点到末点的直导线所受到的力,I,例1,A,B,C,o,根据对称性分析,解:,例 3 如图一通有电流 的导线放在磁感应强度为 的均匀磁场中，导线平面与磁感强度 垂直 . 圆弧导线 BCA 半径为 ，电流为顺时针方向, 求磁场作用于导线的力.,A,C,o,B,因,例4、半径为R的铜丝环，载有电流I。现把圆环放在均匀磁场中，环平面与磁场垂直。求（1）圆环受到的合力。（2）铜丝内部的张力。,解：（1）,由安培定律：,结论：匀强磁场对闭合载流导线的作用合力为零,（2）铜丝内部的张力。,I,上海磁悬浮列车,沿
6、Z 轴分量为 对Z 轴的力矩,对O 点的力矩：,1.力矩,C、 载流线圈在匀强磁场中受到的磁力矩,l1,结论：,l1,F3和F4形成一“力偶”。,磁力矩：,为线圈平面法线方向与磁场方向的夹角,其中S = l1l2 为线圈平面的面积,注：上式虽是从矩形闭合 载流线圈推出，但适合于 任意形状的闭合载流线圈。,N匝线圈的磁力矩：,l1,线圈的磁矩：,载流线圈在磁场中受到的磁力矩：,讨论：,（1）=0时，M=0 。线圈处于稳定平衡状态。,（2） =90时，M = Mmax= NBIS,（3） =180时，M=0。线圈处于非稳定平衡状态。,例5 如图半径为0.20m，电流为20A的圆形载流线圈（o-xy
7、面内）放在均匀磁场中 ，磁感应强度的大小为0.08T，方向沿 x 轴正向. 线圈所受的磁力矩又为多少？,以 为轴， 所受磁力矩大小,法一,法二,方向：+y,方向：+y,单位长度受力：,1. 平行电流间的相互作用,三、电流强度单位 “安培”的定义,2.“安培”的定义,设： I1=I2 =1（A），a=1（m）,单位长度导线受到的磁力：,电流强度“安培”是国际单位制中的基本单位之一,定义：,四、磁力的功,1、磁力对运动载流导线作的功,磁场力：F = BIL,磁场力的功：,A = Fx= BILx,其中 BLx=BS= ,磁场力的功：,2、载流线圈在磁场中转动时磁场力的功,n,F2,F1,B,d,力矩的功：,磁力矩：,例6 有一半径为R的闭合载流线圈，通过电流I。今把它放在均匀磁场中，磁感应强度为B，其方向与线圈平面平行。求：。（1）在力矩作用下，线圈转过90，力矩做了多少功？（2）以直径为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。,解：,方法一,R,dl,I,(1) 线圈转过90时，磁通量的增量为：,(2),方向：,竖直向下,方法二,作用力垂直于线圈平面,R,dl,I,（1）力矩的功：,（2）力矩：,无限长直线电流,圆环圆心处,无限长螺线管,直线电流,毕奥-萨伐尔定律：,无限大均匀电流,磁场中的高斯定理,安培环路定理,洛仑兹力,安培力：,载流线圈的磁力矩：,磁场力的功：,载流线圈的磁矩：,
