《大学物理：20章-磁场对电流的作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理：20章-磁场对电流的作用（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章本章教学要求：教学要求：理解安培定律和洛伦兹力公式。了解磁矩的概念。理解安培定律和洛伦兹力公式。了解磁矩的概念。能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直载流导线产生的非均匀均匀磁场中或在无限长直载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷在均匀电场磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷在均匀电场和均匀磁场中的受力和运动。和均匀磁场中的受力和运动。 本章重点：本章重点： 安培定律安培定律,洛伦兹力。磁矩。洛伦兹力。磁矩。本章难点：本章难点：载流导体在无限长直载流导线产生的非均匀磁场载流导体在无限长直载流导线产生的非均匀磁
2、场中所受的力。载流平面线圈在均匀磁场中所受的中所受的力。载流平面线圈在均匀磁场中所受的力矩推导。力矩推导。返回目录下一页上一页返回总目录返回总目录磁场对运动电荷的作磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力用力称为洛伦兹力方向由右手螺旋法则判断方向由右手螺旋法则判断实验表明，磁场中电量为q,速度为v的电荷受到磁力为式中为运动电荷的速度与磁感应强度的夹角。与组成的平面F方向总是垂直于(a)(b)带电粒子在非均匀磁场中的运动磁聚焦粒子粒子源源A A接收接收器器 AA 磁聚焦原理磁聚焦原理 很小时很小时将一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场将一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上的方向上具有
3、大致相同的速度分量时，它们有相同的螺距。经过一个具有大致相同的速度分量时，它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一点周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。磁聚焦法测量荷质比磁聚焦法测量荷质比由阳极小孔射出的电子的动能为由阳极小孔射出的电子的动能为KASBOCl 应用应用 电子光学电子光学 , 电子显微镜等电子显微镜等 .向右向右方向向内方向向内即即方向向左方向向左排斥力排斥力BivBSdllId每个载流子受力磁磁场场安培力是洛伦兹力的宏观表现电磁
4、炮是一种无需火药瞬间爆发出冲击能量的一种最新火炮。应用举例电磁炮电磁炮原理原理：两条扁平的长直圆柱导轨互相平行，导轨之间由一滑块状的弹头链接，电流I从一条直导轨流经弹头再从另一条导轨流回，弹头受到两导轨产生的磁场的安培力作用，被加速。 优点优点：由于超导材料研究上的突破，渴望输送极大电流（105106A），在5米长的导轨上可使3.110-3Kg弹头加速到10Km/s,而常规火炮受弹头速度不超过23Km/s。 能做到连续发射，如同机枪、航炮。每分钟可发N次到数千次。某种意义上来讲一门电磁炮将大于一个炮兵团以上发送的能量美美國國海海軍電軍電磁炮炮磁炮炮彈擊彈擊中目中目標標瞬瞬間間美國軍方在2008
5、年進行的電磁炮發射試驗 部署在部署在戰艦戰艦上的效果想像上的效果想像圖圖分析：安培力是洛伦兹力的一个分力. 导线中自由电子定向移动，受到洛伦兹力的作用，沿垂直速度方向产生一个加速度，方向垂直于电流方向（即电子初始时刻的速度方向）。若导线在此加速度的作用下开始移动，则电子对地的速度不再是电流方向，而是在垂直于电流方向有一个分量，那么洛伦兹力也改变方向，与现在的对地速度垂直。但是此时安培力的方向没有改变，仍然垂直于电流方向。将洛伦兹力沿安培力方向做正交分解，于是此时安培力作为洛伦兹力的一个分力做正功，洛伦兹力的另一个分力做负功。他们的合力并不做功。 疑问： 安培力是洛仑兹力的宏观表现，为什么洛仑兹
6、力不 做功，而安培力可以做功？方向向内方向向内方向向内方向向内方向向上方向向上方向向上方向向上提示提示I1aLI2方向如图方向如图根据对称性根据对称性,有有推广推广IXYCD(RY非直线电流在非均匀磁场中受力非直线电流在非均匀磁场中受力两者绝缘两者绝缘方向沿矢径向外根据对称性,有I1I2XrI1产生磁场产生磁场方向向内方向向内方向向左方向向左导线导线2每单位长度受力每单位长度受力同样可导出导线同样可导出导线1每单位长度受力每单位长度受力I1I2电流单位安培的定义电流单位安培的定义此时每根导线中的电流定义为此时每根导线中的电流定义为I=1安培安培闭合载流导线在均匀磁场中将受到一力矩作用闭合载流导
7、线在均匀磁场中将受到一力矩作用各边受力各边受力方向向下方向向下方向向上方向向上abcd对对O产生一个力矩产生一个力矩ad讨论：讨论：/定义线圈磁矩定义线圈磁矩定义线圈磁矩定义线圈磁矩：IB. . . . . . . . . . . . . . . . .IBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + I稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论1） 方向与方向与 相同相同2）方向相反）方向相反3）方向垂直）方向垂直力矩最大力矩最大解：建立如图所示的坐标系解：建立如图所示的坐标系xyzRIROB3如图4-9所示，盘面与均匀磁场B成角的带电
8、圆盘，半径为R，电量Q均匀分布在表面上，当圆盘以角速度绕通过圆盘中心与盘面垂直的轴线转动，求圆盘在磁场中所受的磁力矩。解：圆盘的电荷面密度为取距圆盘中心r处，宽度为dr的圆环，则此圆环上的电量为由于圆盘以角速度绕轴线转动，故圆环的等效电流为电流dI所围的面积的方向即为圆盘面积的法线方向。1载流导线在磁场中运动时磁力作功载流导线在磁场中运动时磁力作功ablI2载流线圈在磁场中转动时磁力矩作功载流线圈在磁场中转动时磁力矩作功3.一般情况一般情况磁力矩做正功时使磁力矩做正功时使 减小减小I载流线圈在磁场内转动时磁力所作的功载流线圈在磁场内转动时磁力所作的功载流线圈在磁场内转动时磁力所作的功载流线圈在磁场内转动时磁力所作的功注意：注意： 恒定磁场不是保守力场，磁力的恒定磁场不是保守力场，磁力的功不等于磁场能的减少，而且，洛伦功不等于磁场能的减少，而且，洛伦兹力是不做功的，磁力所作的功是消兹力是不做功的，磁力所作的功是消耗电源的能量来完成的。耗电源的能量来完成的。
