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1、大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场第第1010章章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场 磁场磁场(3)(3)主要内容：磁场力磁场力磁场力磁场力 洛伦兹力、安培力、磁力矩洛伦兹力、安培力、磁力矩洛伦兹力、安培力、磁力矩洛伦兹力、安培力、磁力矩大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场10.3 10.3 磁磁 力力大小：大小：方向：垂直于方向：垂直于 与与 构成的平面构成的平面10.3.1 10.3.1 洛伦兹力洛伦兹力电荷
2、在既有电场又有磁场的区域中运动时，它受总的作用力电荷在既有电场又有磁场的区域中运动时，它受总的作用力为为+ +若若若若q 0 0，则力，则力，则力，则力 的方向为的方向为的方向为的方向为 的反方向。的反方向。的反方向。的反方向。运动电荷在磁场中受到的磁力运动电荷在磁场中受到的磁力运动电荷在磁场中受到的磁力运动电荷在磁场中受到的磁力洛伦兹力大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场10.3.2 10.3.2 带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动（1 1）运动方向与磁场方向平行）运动方向与磁场方向平行）运动方向与磁场方向平行）运动方向与磁
3、场方向平行 = 0F = 0粒子作匀速直线运动粒子作匀速直线运动（2 2）运动方向与磁场方向垂直）运动方向与磁场方向垂直）运动方向与磁场方向垂直）运动方向与磁场方向垂直 R R作匀速圆周运动作匀速圆周运动轨道半径轨道半径+大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场运行周期运行周期（3 3）运动方向沿任意方向）运动方向沿任意方向）运动方向沿任意方向）运动方向沿任意方向匀速圆周运动与匀速直线运动的合成匀速圆周运动与匀速直线运动的合成轨迹为螺旋线轨迹为螺旋线螺距螺距 R R+大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒
4、磁场（1 1）质谱仪质谱仪质谱仪质谱仪R R+- P P N N BN ：粒子源粒子源粒子源粒子源P ：速度选择器速度选择器速度选择器速度选择器质谱分析：质谱分析：谱线位置：谱线位置：同位素质量同位素质量谱线黑度：谱线黑度：相对含量相对含量*10.3.3 *10.3.3 洛伦兹力应用的几个实例洛伦兹力应用的几个实例大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场 （2 2）磁聚焦磁聚焦磁聚焦磁聚焦发散角不太大的带电粒子束，它们的发散角不太大的带电粒子束，它们的螺距相同螺距相同，所以经一个回，所以经一个回旋周期后，重新会聚旋周期后，重新会聚 这种均匀磁场通常
5、靠长直螺线管来实现，这种均匀磁场通常靠长直螺线管来实现，螺线管的作用类似螺线管的作用类似光学中的透镜，故称光学中的透镜，故称磁透镜（广泛用于电子显微镜和电真空器（广泛用于电子显微镜和电真空器件中）。件中）。 从均匀磁场的从均匀磁场的A A点发射一点发射一束夹角束夹角 很小的带电粒子很小的带电粒子流，若粒子的速度流，若粒子的速度 很接很接近近, ,则则 vv大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场（3 3）磁约束磁约束磁约束磁约束这种磁场称为这种磁场称为磁镜II真空室中两端强中间弱的磁真空室中两端强中间弱的磁场分布场分布 两个磁镜两个磁镜粒子被约束在
6、两磁镜间振荡粒子被约束在两磁镜间振荡 磁瓶粒子粒子在非均匀磁场中，在非均匀磁场中，螺旋运动的螺旋运动的半径半径和和螺距螺距都会变化都会变化磁镜磁镜大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场霍尔电势差（4 4 4 4）霍尔效应）霍尔效应）霍尔效应）霍尔效应 一块通电流一块通电流一块通电流一块通电流I I 的导体板的导体板的导体板的导体板, ,置于磁感应强度为置于磁感应强度为置于磁感应强度为置于磁感应强度为 的均匀磁场的均匀磁场的均匀磁场的均匀磁场中中中中, , 导体板与电流垂直的上、下表面上出现电势差。这种现导体板与电流垂直的上、下表面上出现电势差。这
7、种现导体板与电流垂直的上、下表面上出现电势差。这种现导体板与电流垂直的上、下表面上出现电势差。这种现象叫象叫象叫象叫霍尔效应。霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔系数n是导体中单位体积的载流子数，称为载流子密度。是导体中单位体积的载流子数，称为载流子密度。I- - - - -+ + + + +vI大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场霍尔效应可用洛伦兹力解释时，时， 达稳定达稳定式中式中:- - - - - -+ + + + + +vVIB大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场（1）判别半导体的类型）判别半
8、导体的类型霍尔效应的应用两类半导体两类半导体两类半导体两类半导体判别方法判别方法：P型型 载流子（空穴）带正电载流子（空穴）带正电n型型 载流子（电子）带负电载流子（电子）带负电在导体中通电流，并加磁场，测在导体中通电流，并加磁场，测在导体中通电流，并加磁场，测在导体中通电流，并加磁场，测若电流方向如图所示，测得若电流方向如图所示，测得 ，则该半导体是则该半导体是p型型；若电流方向如图所示，测得若电流方向如图所示，测得 ，则该半导体是则该半导体是n型型（2）测磁场）测磁场- - - - - - - - - -+ + + + + + + + + +vII+大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理
9、简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场10.3.410.3.4 安培力安培力 安培安培定律定律安培定律（1 1 1 1）安培定律）安培定律）安培定律）安培定律电流元电流元 在磁场中受的磁力在磁场中受的磁力方向：方向：大小：大小： 垂直垂直 与与 构成的平面，指向由右手螺旋确定。构成的平面，指向由右手螺旋确定。任意有限长载流导线受的磁力任意有限长载流导线受的磁力实际中，建立坐标，把实际中，建立坐标，把 分解为分解为 和和载流导线在磁场中受到的磁力载流导线在磁场中受到的磁力载流导线在磁场中受到的磁力载流导线在磁场中受到的磁力 安培力安培力大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学
10、物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场在导线上任取电流元在导线上任取电流元xyOAIL例例1.1.均匀磁场B中有一通电流为I 的任意形状导线，求：此载流导线受的磁力。解解: :若将电流补成闭合回路，可证若将电流补成闭合回路，可证闭合线圈在匀强磁场中受力为零闭合线圈在匀强磁场中受力为零 结论结论结论结论 任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力 , , 与其始点与其始点与其始点与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同
11、和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同. .大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场10.3.4 10.3.4 载流线圈在载流线圈在均匀磁场中受到均匀磁场中受到的磁力矩的磁力矩da 边和边和 bc 边受的磁力边受的磁力ab 边和边和 cd 边受的磁力边受的磁力 和和 方向也相反，但作用线不方向也相反，但作用线不在同一直线上，不能抵消。在同一直线上，不能抵消。 和和 方向相反，作用线在同一方向相反，作用线在同一直线上。直线上。大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场 和和 形成一力偶形成一力偶, , 力偶
12、矩为力偶矩为S为线圈面积，若线圈有为线圈面积，若线圈有N 匝，则匝，则上式对任意载流平面线圈适用上式对任意载流平面线圈适用定义定义: : 载流线圈的载流线圈的载流线圈的载流线圈的磁矩磁矩式中式中:N 为线圈的匝数为线圈的匝数;S 为线圈的面积为线圈的面积; 为线圈平面法矢为线圈平面法矢.I IS S大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场故故磁力矩磁力矩可写成矢量式可写成矢量式磁力矩对线圈的作用磁力矩对线圈的作用, 将使线圈在均匀磁场中转动将使线圈在均匀磁场中转动. 直流电动机直流电动机就是根据此原理制成的。就是根据此原理制成的。大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场例例2 2. 如图所示，求载流线圈在图示瞬时所受磁力矩的大小和方向。解解解解: : : :磁力矩的方向沿轴线向下。磁力矩的方向沿轴线向下。I大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程大学物理简明教程磁场力第10章稳恒磁场磁场第三次作业P 212 216页7, 8, 12, 22
