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1、142 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用143 磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈的作用 144 磁力的功磁力的功141 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用一、一、洛伦兹力洛伦兹力141 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动时，时， 垂直垂直于于 与与 所组成的平面，其方向由右所组成的平面，其方向由右手螺旋法则确定。手螺旋法则确定。注意：洛伦兹力不做功。注意：洛伦兹力不做功。不能改变不能改变带电粒子速度大带电粒子速度大小，只能小，只能改变改变速度方向。速度方向。洛伦兹因创立电子理论洛伦兹因创立电子理论获获19021902年诺贝尔物理学
2、奖。年诺贝尔物理学奖。二二 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动1 . 匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动3、 与与 成任意夹角成任意夹角 螺旋线运动螺旋线运动螺距螺距 应用应用 电子光学电子光学 , 电子显微镜等电子显微镜等 . 磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点 A 发射一束初速相发射一束初速相差不大的带电粒子差不大的带电粒子, 它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不尽相同不尽相同 , 但都较小但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋这些粒子沿半径不同的螺旋线运动线运动, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点, 此此现象称
3、之为磁聚焦现象称之为磁聚焦 .洛伦兹力演示洛伦兹力演示磁镜磁镜.磁瓶磁瓶 磁约束磁约束地磁场地磁场 范艾伦辐射带范艾伦辐射带三三 磁场与电场对带电粒子的作用的对比磁场与电场对带电粒子的作用的对比作用对象作用对象静止、运动电荷静止、运动电荷运动电荷运动电荷作用效果作用效果改变电荷速度改变电荷速度大小、方向大小、方向改变电荷速度改变电荷速度方向方向作用方向作用方向做功与否做功与否做功做功不做功不做功 螺旋线运动螺旋线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀变速直线运动匀变速直线运动 抛物线运动抛物线运动 与与 成夹角成夹角 抛物线运动抛物线运动电荷运动情况电荷运动情况例：如图，电子例
4、：如图，电子 ，质量，质量m，求其受力而产生的加速度。，求其受力而产生的加速度。1 带电粒子在电场和磁场中所受的力带电粒子在电场和磁场中所受的力四四 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动霍 耳 效 应2. 霍耳效应霍耳效应I霍耳电压霍耳电压霍耳霍耳系数系数+ + + + + - - - - -I+ + +- - -P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用2）测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型判断半导体的类型+ + +- - - N 型半导体型半导体-I+-S一一 安安 培培 力力洛伦兹力洛伦兹力 由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在由于自
5、由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力宏观上看起来受到了磁场的作用力 . 安培定律安培定律 磁场对电流元的作用磁场对电流元的作用力力142 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用安培定律 有限长载流导线有限长载流导线所受的安培力所受的安培力 安培定律安培定律 ABCo根据对称性分析根据对称性分析解解 例例 1 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强的闭合回路放在磁感应强度为度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直垂直 .回路由直导线回路由直导线 AB 和半径为和半径为 的圆弧导线的圆弧导线 BCA 组成组成 ，电流
6、为顺时针方向电流为顺时针方向, 求磁场作用于闭合导线的力求磁场作用于闭合导线的力.ACoB因因由于由于故故PL解解 取一段电流元取一段电流元 结论结论 任意平面载任意平面载流导线在均匀磁场中所流导线在均匀磁场中所受的力受的力 , 与其始点和终与其始点和终点相同的载流直导线所点相同的载流直导线所受的磁场力相同受的磁场力相同. 例例 2 求求 如图不规则的平如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知的力，已知 .OdR 例例 半径为半径为 载有电流载有电流 的导体圆环与电流为的导体圆环与电流为 的长直导线的长直导线 放在同一平面内（如图），放在同一平面内（如图），
7、 直导线与圆心直导线与圆心相距为相距为 d ，且且 R d 两者间绝缘两者间绝缘 , 求求 作用在圆电流上作用在圆电流上的磁场力的磁场力.解解.OdR.根据对称性分析根据对称性分析二二 电流的单位电流的单位 两无限长平行载流直导线间的相互作用两无限长平行载流直导线间的相互作用 国际单位制中国际单位制中电流单位安培的定义电流单位安培的定义 在真空中两平行长直导线相在真空中两平行长直导线相距距 1 m ，通有大小相等、方向相通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为上的吸引力为 时，时，规定这时的电流为规定这时的电流为 1 A （安培）安培）. 问问
8、若两直导若两直导线电流方向相反线电流方向相反二者之间的作用二者之间的作用力如何？力如何？例：例：如图所示，平行放置在同一平面内的载流长直导线，如图所示，平行放置在同一平面内的载流长直导线，要使要使AB导线受的安培力等于零，则导线受的安培力等于零，则x=（ ）。）。A ； B ； C ； D II2IxaAB解：解： A M,N O,PMNOPI一一 磁场作用于载流线圈的磁力矩磁场作用于载流线圈的磁力矩如图如图 均匀均匀磁场中有一矩形载流线圈磁场中有一矩形载流线圈MNOP143 磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈的作用线圈有线圈有N匝时匝时MNOPI M,N O,P与与 成成
9、右右螺旋螺旋 磁矩磁矩 结论结论: 均匀均匀磁场中，任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭合性闭合平面平面通电线圈所受的力和力矩为通电线圈所受的力和力矩为0pqq=稳定稳定平衡平衡非稳定非稳定平衡平衡讨讨 论论IB. . . . . . . . . . . . . . . . .IBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + I稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡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 例例1 边长为边长为0.2m的正方形线圈，共有的正方形线圈，共有50 匝匝 ，通，通以电流以电流
10、2A ，把线圈放在磁感应强度为把线圈放在磁感应强度为 0.05T的均匀磁的均匀磁场中场中. 问在什么方位时，线圈所受的磁力矩最大？磁问在什么方位时，线圈所受的磁力矩最大？磁力矩等于多少？力矩等于多少？解解得得例例2：如图，半圆形闭合回路，半径为：如图，半圆形闭合回路，半径为R,电流为电流为I，求它，求它在均匀磁场在均匀磁场 中所受力矩。中所受力矩。例例 已知载流圆线圈中心处的磁感强度为已知载流圆线圈中心处的磁感强度为B0，此圆线圈的，此圆线圈的磁矩与一边长为磁矩与一边长为a通过电流为通过电流为I的正方形线圈的磁矩之比为的正方形线圈的磁矩之比为2 1，求载流圆线圈的半径，求载流圆线圈的半径解：设圆线圈磁矩为解：设圆线圈磁矩为p1，方线圈磁矩为，方线圈磁矩为p2 二二 磁电式电流计原理磁电式电流计原理实验实验测定测定 游丝的反抗力矩与线圈转过的角度游丝的反抗力矩与线圈转过的角度 成正比成正比.NS磁铁磁铁14-4 磁力的功磁力的功（2）关于洛伦兹力不做功的问题）关于洛伦兹力不做功的问题洛伦兹力起了能量洛伦兹力起了能量转换者的作用，洛转换者的作用，洛伦兹力做功为零表伦兹力做功为零表示了能量的转换和示了能量的转换和守恒。守恒。 做负功，获得电源能量做负功，获得电源能量 做正功，将电源能量转化为机械能做正功，将电源能量转化为机械能小结
