大學(xué)物理磁場(chǎng)3穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)ppt課件

1、第第 15 章章穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)第第4篇篇 電磁學(xué)電磁學(xué) (磁場(chǎng)磁場(chǎng)3)15.4 15.4 磁磁 力力FBvqvBFq 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力)(BqFv大小：大?。簊inBqFv特點(diǎn)：不改動(dòng)特點(diǎn)：不改動(dòng) 大小，只改動(dòng)大小，只改動(dòng) 方向。方向。 不對(duì)不對(duì) 做功。做功。vqv方向：垂直于方向：垂直于 與與 構(gòu)成的平面構(gòu)成的平面vB1 1、洛倫茲力、洛倫茲力電荷在既有電場(chǎng)又有磁場(chǎng)的區(qū)域中運(yùn)電荷在既有電場(chǎng)又有磁場(chǎng)的區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受總的作用力為動(dòng)時(shí)，它受總的作用力為)(BqEqFv2 2、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行

2、運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行+BvsinvBqF = 0F = 0粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)2運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直Bv作勻速圓周運(yùn)動(dòng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)RmBq2vvqBmRv軌道軌道半徑半徑qBmRT22v運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)周期周期Bv3運(yùn)動(dòng)方向沿恣意方向運(yùn)動(dòng)方向沿恣意方向B勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)的合成勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)的合成qBmRsinvqBmT2h軌跡為螺旋線軌跡為螺旋線v/v螺距螺距Thvcos2vqBm運(yùn)用：運(yùn)用：1質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀+- BBEvN ：粒子源：粒子源P：速度選擇器：速度選擇器BqqE v質(zhì)譜分析：質(zhì)譜分析：qBmRxv22ExBqBm2譜線位置：

3、同位素質(zhì)量譜線位置：同位素質(zhì)量譜線黑度：相對(duì)含量譜線黑度：相對(duì)含量 2磁聚焦磁聚焦vvvcos/h 近似相等近似相等,即粒子經(jīng)過間隔即粒子經(jīng)過間隔h后后,又重新聚在一同。又重新聚在一同。qBmThvv2/ 這種均勻磁場(chǎng)通常靠長(zhǎng)直螺線管來實(shí)現(xiàn)，螺線管的作用類似這種均勻磁場(chǎng)通?？块L(zhǎng)直螺線管來實(shí)現(xiàn)，螺線管的作用類似光學(xué)中的透鏡，故稱磁透鏡廣泛用于電子顯微鏡和電真空器光學(xué)中的透鏡，故稱磁透鏡廣泛用于電子顯微鏡和電真空器件中。件中。hBBvAA 設(shè)從均勻磁場(chǎng)的設(shè)從均勻磁場(chǎng)的A A點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)發(fā)射一束夾角一束夾角 很小的帶電粒很小的帶電粒子流，假設(shè)粒子的速度子流，假設(shè)粒子的速度 很接近很接近, ,那么那么vv

4、vvsin3磁約束磁約束RvBmF軸f向f這種磁場(chǎng)稱為磁鏡這種磁場(chǎng)稱為磁鏡帶負(fù)電的粒子在非均勻帶負(fù)電的粒子在非均勻磁場(chǎng)中受的磁力沿軸線磁場(chǎng)中受的磁力沿軸線的分量妨礙粒子前進(jìn)的分量妨礙粒子前進(jìn)II真空室中兩端強(qiáng)中間弱的磁真空室中兩端強(qiáng)中間弱的磁場(chǎng)分布場(chǎng)分布 兩個(gè)磁鏡兩個(gè)磁鏡粒子被約束在兩磁鏡間振蕩粒子被約束在兩磁鏡間振蕩 磁瓶磁瓶dIBRUH 霍爾電勢(shì)差霍爾電勢(shì)差4 4霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 一塊通電流I 的導(dǎo)體板,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中, 導(dǎo)體板與電流垂直的上、下外表上出現(xiàn)電勢(shì)差。這種景象叫霍爾效應(yīng)。BnqRH1霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)- - - - - - - - - - - - - - - Bx

5、yzII+ + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - dbU1U2 U-vn是導(dǎo)體中單位體積的載流子數(shù)，稱為載流子密度。是導(dǎo)體中單位體積的載流子數(shù)，稱為載流子密度?；魻栃?yīng)可用霍爾效應(yīng)可用洛侖茲力解釋洛侖茲力解釋emFF 時(shí)，時(shí)， bUqqEqBvdIBnqbBU1v- - - - - - - - - - - - - - - BxyzII+ + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6、 - - - - - - - - dbU1U2 U-vFeFmU達(dá)穩(wěn)定達(dá)穩(wěn)定式中式中:SnqIvbdS 1判別半導(dǎo)體的類型判別半導(dǎo)體的類型霍爾效應(yīng)的運(yùn)用霍爾效應(yīng)的運(yùn)用兩類半導(dǎo)體兩類半導(dǎo)體判別方法：判別方法：P型型 載流子空穴帶正電載流子空穴帶正電n型型 載流子電子帶負(fù)電載流子電子帶負(fù)電 在導(dǎo)體中通電流，并加磁場(chǎng)，測(cè)在導(dǎo)體中通電流，并加磁場(chǎng)，測(cè)AAUHHHUUIRdB0AAU假設(shè)電流方向如下圖，測(cè)得假設(shè)電流方向如下圖，測(cè)得 ，那么該半導(dǎo)體是，那么該半導(dǎo)體是p型；型；0AAU假設(shè)電流方向如下圖，測(cè)得假設(shè)電流方向如下圖，測(cè)得 ，那么該半導(dǎo)體是，那么該半導(dǎo)體是n型。型。2測(cè)磁場(chǎng)測(cè)磁場(chǎng)BImVdbAAv

7、BFeF+3、 安培力安培力 安培定律安培定律安培定律安培定律1安培定律安培定律Bl dIf df dlId電流元電流元 在磁場(chǎng)中受的磁力定義為在磁場(chǎng)中受的磁力定義為方向：方向：大?。捍笮。簊inBIdldf 垂直垂直 與與 構(gòu)成的平面，指向由右手螺旋確定。構(gòu)成的平面，指向由右手螺旋確定。f dlIdBBlIdI載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中遭到的磁力稱為安培力載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中遭到的磁力稱為安培力恣意有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線受的磁力恣意有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線受的磁力Bl dIfdFLL實(shí)踐中，建立坐標(biāo)，把實(shí)踐中，建立坐標(biāo)，把 分解為分解為 和和xdff dydfxLxfdFyLyfdFjFiFFyx假設(shè)假設(shè) 均勻，導(dǎo)線為直線

8、，均勻，導(dǎo)線為直線，那么那么BLdlBIFsinLdlBIsinsinBILF BL 的方向垂直電流與的方向垂直電流與 構(gòu)成構(gòu)成的平面向里的平面向里.FBzyxBBBdzdydxkjiIBl dIf didzIBdyIByz)(jdxIBdzIBzx)(kdyIBdxIBxy)(安培力公式寫成行列式安培力公式寫成行列式:xdfydfzdfablIdIB例例1 1：求均勻磁場(chǎng)中一段彎曲載流導(dǎo)線所受的磁力：求均勻磁場(chǎng)中一段彎曲載流導(dǎo)線所受的磁力其所受安培力其所受安培力Bl dIf d在導(dǎo)線上取電流元在導(dǎo)線上取電流元lIdBl dIBlIdf dF)(LLl d BLIF sin BILF 此例闡明

9、此例闡明: : 均勻磁場(chǎng)中，彎曲載流導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力與從起點(diǎn)均勻磁場(chǎng)中，彎曲載流導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力與從起點(diǎn)到終點(diǎn)間載有同樣電流的直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力一樣。到終點(diǎn)間載有同樣電流的直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力一樣。方向垂直電流與方向垂直電流與 構(gòu)成的平面向里構(gòu)成的平面向里 B整條載流導(dǎo)線受的磁力整條載流導(dǎo)線受的磁力閉合電流在均勻磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)作用的合力為零。閉合電流在均勻磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)作用的合力為零。RBIF2 方向向右方向向右0F2I受力受力0F練習(xí)：練習(xí)：BIIoRbaBI1I2I分析以下電流在磁場(chǎng)中的受力情況分析以下電流在磁場(chǎng)中的受力情況例例2、如圖、如圖, 求求 受受 磁場(chǎng)的作用力磁場(chǎng)的作用力1I2Icos21

10、0RIB 方向如圖方向如圖dlIIdlBIF2102cos2d由對(duì)稱性由對(duì)稱性0dyyFFFddF2I1IyxoddRl cosddFFFFxx21020210d2IIII BB BB dRlId2解解:建坐標(biāo)系如圖建坐標(biāo)系如圖, ,在在 處取電流元處取電流元 方向如圖方向如圖Fd力力 的方向沿的方向沿 x 正方向正方向Frx I1I2例例3、無限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線通有電流、無限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線通有電流 I1 ，在同一平面，在同一平面內(nèi)有長(zhǎng)為內(nèi)有長(zhǎng)為 L 的載流直導(dǎo)線，通有電流的載流直導(dǎo)線，通有電流 I2 。求長(zhǎng)為。求長(zhǎng)為 L的導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力。的導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力。dxxl解解:dlIxIdlBIdF2

11、1022coslrxcosdxdl cos2210dxxIIdF rLrIIxdxIIdFFLrrcoslncos2cos2210cos210dldF在在I2上任取電流元上任取電流元 , 它受它受I1磁場(chǎng)作用力的大小為磁場(chǎng)作用力的大小為dlI2由圖有由圖有解解2:jdxxIIidyxII22210210rLrIIxdxIIdfFLrrxxcoslntan2tan2210cos210 xIdyIdxIkjifd20001022rx I1I2xl dI2fdydxdldydxdytanrLrIIxdxIIdfFLrryycosln22210cos210jFiFFyx4 4、載流線圈在均勻磁場(chǎng)中、載

12、流線圈在均勻磁場(chǎng)中遭到的磁力矩遭到的磁力矩)2(sin111BIlFF2222 2sinBIlBIlFFda 邊和邊和 bc 邊受的磁力邊受的磁力ab 邊和邊和 cd 邊受的磁力邊受的磁力 和和 方向也相反，但作用線方向也相反，但作用線不在同不斷線上，不能抵消。不在同不斷線上，不能抵消。2F2F 和和 方向相反，作用線在同方向相反，作用線在同不斷線上，是一對(duì)平衡力。不斷線上，是一對(duì)平衡力。1F1FnBI1l1F1F 2l2dcba)(cd)(ba2FF2Bncos1BIl均勻磁場(chǎng)中有邊長(zhǎng)分別為均勻磁場(chǎng)中有邊長(zhǎng)分別為 和和 的矩形線圈通電流的矩形線圈通電流 I .1l2lsinsin2112lBIllFMsinBISBPMm由于載流平面線圈的磁矩為由于載流平面線圈的磁矩為 SNIpm 和和 構(gòu)成一力偶構(gòu)成一力偶, 力偶矩為力偶矩為2F2FS為線圈面積，假設(shè)線圈有為線圈面積，假設(shè)線圈有N匝，匝，那么那么sinNBISM 上式對(duì)恣意載流平面線圈適用上式對(duì)恣意載流平面線圈適用故磁力矩可寫成矢量式故磁力矩可寫成矢量式)(cd)(b