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1、1,第七章 磁力,本章从运动电荷受磁力角度引入描述磁场的物理量磁感应强度矢量，讨论均匀磁场对运动电荷、载流导线、载流线圈的作用规律。,2,电流（运动电荷）磁场,磁场对电流（运动电荷）的作用？,磁场,3,第七章 磁力,一、磁场对带电粒子的作用 二、磁场对载流导线的作用 三、磁场对载流线圈的作用,4,一、磁场对带电粒子的作用,磁体和电流在其周围空间中产生磁场。,1. 磁场的基本性质,磁场对运动电荷有磁场力作用。,磁场对电流作用,电流间相互作用,5,2. 洛仑兹力,实验：电荷受磁场作用。,洛仑兹力磁场对运动电 荷的作用力。,(3)普遍洛伦兹力公式,讨论：,6,用洛仑兹力定义磁感应强度,方向:,大小:
2、,单位: 特斯拉 T ( 1 T = 10 4 G ),3. 磁感应强度,4. 磁力线性质,(1) 磁力线是无头无尾无起点的闭合曲线。,(2) 磁力线总是与电流相互套合,满足右手螺旋关系。,7,5. 带电粒子在磁场中的运动,（3）若900,且 均匀,绕 的螺旋线,螺距,8,应用磁聚焦（电子显微镜）,一束很窄的的带电粒子流，速率v很接近， 很小。,螺距 h近似相等。,R随 的而,指向 较弱方向的分量,应用：磁瓶受控热核反应,磁镜 逐渐增大能使粒子反射,9,应用1质谱仪 （测定离子质量装置）,离子速度满足 qvB=qE 以v=E/B进入B0的离子的轨道R满足 R=L/2=mv/qB0 偏转L的离子
3、质量 m=qB0L/2v =qBB0L/2E,10,应用2回旋加速器（使带电粒子获得高速的装置）,11,原理 当正离子从S中射出时，左D盒为负极，使粒子加速进入D盒，D盒内只有磁场，粒子做圆周运动，从D盒从来后，右D盒正好为负极，使粒子加速进入右D盒，粒子做半径较大的圆周运动，被多次加速的粒子的螺旋轨道逐渐趋于D盒的边缘，在达到预期的速率后，用带负电的偏转板将高速粒子引出。,带电粒子轨道半径 R=mv/qB 射出时动量 mv=qBR 射出时动能 Ek=P2/2m = (qBR)2/2m,12,应用3霍尔效应,霍尔效应的理论解释,若 ,则导体的上下面之间会出现电势差。,13,霍尔效应的应用,1.
4、通过霍尔系数K的测定，确定导体内载流子的浓度 n。根据K的正负号，判断半导体的导电类型。,2.通过测霍尔电压确定磁场B。,14,应用4 磁 流 体 喷水潜艇、船,15,16, 磁 流 体 船,17,应用5 电磁轨道炮（书 P280 习题 8.24）, 10 6 g ，,在1ms内，弹块速度可达10km/s,18,绚丽多彩的极光,在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。,19,二、磁场对载流导线的作用(安培力),电流元受力,电荷数 N= nV= nsdl,电量 Q=Nq=nsqdl,受力总和为,一段直线电流,
5、20,21,例1 如图，一条任意形状的载流导线位于均匀磁场中，试证明它所受的安培力等于载流直线 所受的安培力。,22,*在均匀磁场中的闭合载流回路整体 上不受磁力,推论：,在均匀磁场（大小相等，方向相同）中，载流导线所受安培力与导线形状无关，只与始末两点的直线距离成正比。,23,三、磁场对载流线圈的作用（磁力矩）,1.匀强磁场对载流线圈的作用,线段 ad和bc受安培力等大、反向，可抵消;线段ab, dc 受力 相大、反向， 不在一条直线对oo/轴形成力矩：,24,若是N 匝线圈：,定义：线圈磁矩,讨论：,结论在匀强磁场中，平面线圈所受合力为零， 它将在磁力矩作用下发生转动而没有平动。,2. 非
6、匀强磁场对载流线圈的作用,由于线圈上各处磁场不一定相同，线圈所受的合力和合力矩一般都不会等于零。所以，线圈除转动外还有平动。,磁力矩总是使线圈磁矩的方向转向外磁场方向.,25,外力克服磁力矩做的功 = 磁矩 在磁场中势能的增量,当取磁矩方向与磁场方向垂直的位置，即： = /2的位置为磁矩的势能零点时，则： 在均匀磁场中，磁矩与磁场间夹角为 时 磁矩 的势能为,3.载流线圈在匀强磁场的势能,26,例1 在顶点为450的扇形区域，B均匀且方向垂直向里，有一质量m、电量e的电子在底边距顶点为L的地方以v垂直底边射入该区域，为使电子不从上面边界跑出，问电子的速度最大不应超过多少？,解：电子在磁场中做圆
7、周运动,27,例2 通有电流I的长直导线在一平面内被弯成如图状，放入磁场中，求整个导线所受的安培力。,解： 长直导线AC、BD合力为零。,由于对称性,半园导线受力:,28,例3 铜导线ABCD是边长为a 的正方形，可绕0轴无摩擦地转动。导线置于磁场中，方向竖直向上。已知、I、 、S，求磁感应强度B大小。,解：以平衡时，必须满足线框的重力矩与线框所受的磁力矩对0轴平衡。,重力矩,磁力矩,平衡时,29,例4 半径为 R 的圆盘,带有正电荷,其电荷面密度 , k是常数，r为圆盘上一点到圆心的距离，圆盘放在一均匀磁场B中，B与盘面平行。当圆盘以角速度绕过圆心 O点，且垂直与圆盘平面的轴作逆时针旋转时，求圆盘所受磁力距的大小和方向。,解：带电园盘旋转形成电流，园盘可看成许多环电流组成。,环上电荷为：,环以旋转时的电流：,30,环电流形成的磁矩大小为：,环电流所受的磁力矩：,圆盘所受总磁力矩：,31,作业：电磁学第7章 P2222、3、10、18,