磁場對運動電荷的作用

關(guān)于磁場對運動電荷的作用第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)帶電粒子沿磁場方向運動時:

當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時:一、

帶電粒子在磁場中運動1.洛倫茲力第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

一般情況下，如果帶電粒子運動的方向與磁場方向成夾角時。大?。悍较颍?/p>

的矢積方向

洛倫茲力洛倫茲力速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間夾角第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

設(shè)有一均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，一電荷量為、質(zhì)量為的粒子，以初速進(jìn)入磁場中運動。（1）如果與相互平行粒子作勻速直線運動。（2）如果與垂直粒子作勻速圓周運動。2.帶電粒子在磁場中的運動第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

回旋半徑和回旋頻率第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三（洛侖茲力不做功）洛侖茲力

與不垂直螺距第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

應(yīng)用1：磁約束用于受控?zé)岷朔磻?yīng)中如果在一長直圓柱形真空室中形成一個兩端很強(qiáng)，中間較弱的磁場，那么兩端較強(qiáng)的磁場對帶電粒子起著阻塞的作用，它能迫使帶電粒子局限在一定的范圍內(nèi)往返運動，這種裝置稱為磁塞。由于帶電粒子在兩端處的這種運動好像光線遇到靜面反射一樣，故又叫磁鏡。電磁場控制帶電粒子運動的實例第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三hB螺距d與v⊥無關(guān)，只與v//成正比，若各粒子的v//相同，則其螺距是相同的，每轉(zhuǎn)一周粒子都相交于一點，利用這個原理，可實現(xiàn)磁聚焦。應(yīng)用2.磁聚焦第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三應(yīng)用3.霍耳效應(yīng)

霍耳效應(yīng)是1879年美國物理學(xué)家霍耳（EdwinHall）研究載流導(dǎo)體在磁場中導(dǎo)電的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的一種電磁效應(yīng)。他在長方形導(dǎo)體薄片上通以電流，沿電流的垂直方向加磁場，發(fā)現(xiàn)在與電流和磁場兩者垂直的兩側(cè)面產(chǎn)生了電勢差。后來這個效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體研究。1.實驗：霍耳效應(yīng)第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三霍耳效應(yīng)第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三I霍耳電壓++++

+

+-----RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

導(dǎo)體中載流子的平均定向速率為v，則受到洛侖茲力為qvB，上下兩板形成電勢差后，載流子還受到一個與洛侖茲力方向相反的電場力qEH，二力平衡時有：霍耳效應(yīng)I++++

+

+----2分析原因

EH霍耳電場

霍耳電壓第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

為了消去vd

,設(shè)載流子濃度為n，則電流強(qiáng)度與載流子定向速率的關(guān)系為：霍耳效應(yīng)霍耳系數(shù)霍耳電壓與導(dǎo)體厚度成反比第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三I++++---P型半導(dǎo)體（載流子是正電荷）+-3.霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2）測量磁場霍耳電壓1）判斷半導(dǎo)體的類型+++---N型半導(dǎo)體（載流子是負(fù)電荷）-I+-第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三1.一銅條置于均勻磁場中，銅條中電子流的方向如圖所示．試問下述哪一種情況將會發(fā)生？

(A)在銅條上a、b兩點產(chǎn)生一小電勢差，且Ua>Ub

(B)在銅條上a、b兩點產(chǎn)生一小電勢差，且Ua<Ub

(C)在銅條上產(chǎn)生渦流．

(D)電子受到洛倫茲力而減速．

答案A隨堂小議第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三2.截面積為S，截面形狀為矩形的直的金屬條中通有電流I．金屬條放在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，B的方向垂直于金屬條的左、右側(cè)面(如圖所示)．在圖示情況下金屬條的上側(cè)面將積累____________電荷，載流子所受的洛倫茲力fm=______________．

(注：金屬中單位體積內(nèi)載流子數(shù)為n)負(fù)IB/(nS)第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三3.有半導(dǎo)體通以電流I，放在均勻磁場B中，其上下表面積累電荷如圖所示．試判斷它們各是什么類型的半導(dǎo)體？np第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三§7-7磁場對載流導(dǎo)線的作用一、安培定律放置在磁場中的載流導(dǎo)線要受到磁力的作用，這個力叫安培力。1.安培力第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三192.安培定律電流元受力第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

由于自由電子與晶格之間的相互作用，使導(dǎo)線在宏觀上看起來受到了磁場的作用力.

安培定律

磁場對電流元的作用力

電流元和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的夾角大小第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三21二.載流導(dǎo)線在磁場中受到的磁場力（1）均勻場、直導(dǎo)線情況第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三1.在均勻磁場中受的磁力IlII第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三Rxy根據(jù)對稱性分析

例1

通有電流I的半圓形導(dǎo)線,半徑為R,放在均勻磁場中,求磁場作用于半圓形導(dǎo)線上的力.第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三Rxy方向向上第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三PL解取一段電流元例2

求如圖不規(guī)則的平面載流導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力，已知和.第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

結(jié)論任意平面載流導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力,與其始點和終點相同的載流直導(dǎo)線所受的磁場力相同.Pl第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三1.如圖，一根載流導(dǎo)線被彎成半徑為R的1/4圓弧，放在磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場中，則載流導(dǎo)線ab所受磁場的作用力的大小為____________，方向___________．

沿y軸正向隨堂小議第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三2.有一半徑為a，流過穩(wěn)恒電流為I的1/4圓弧形載流導(dǎo)線bc，按圖示方式置于均勻外磁場中，則該載流導(dǎo)線所受的安培力大小___________．a(chǎn)IB第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三2.載流導(dǎo)線在非均勻磁場中受的磁力例1通有電流Ｉ1無限長的載流直導(dǎo)線，與長度為b的通有電流Ｉ2CD導(dǎo)線共面且垂直，相對位置如圖所示。求導(dǎo)線CD受的磁力．I1I2x0xdx解第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三解無限長的載流直導(dǎo)線與CD導(dǎo)線平行放置I1I2a方向向左第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三x0解無限長的載流直導(dǎo)線與CD導(dǎo)線斜向放置I1I2adxx方向第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三1．如圖，無限長直載流導(dǎo)線與正三角形載流線圈在同一平面內(nèi)，若長直導(dǎo)線固定不動，則載流三角形線圈將

(A)向著長直導(dǎo)線平移．

(B)離開長直導(dǎo)線平移．

(C)轉(zhuǎn)動．

(D)不動．隨堂小議答案A第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三2.把輕的正方形線圈用細(xì)線掛在載流直導(dǎo)線AB的附近，兩者在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線AB固定，線圈可以活動．當(dāng)正方形線圈通以如圖所示的電流時線圈將(A)不動．(B)發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB．(C)發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線AB．(D)靠近導(dǎo)線AB．(E)離開導(dǎo)線AB．答案D第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

設(shè)任意形狀的平面載流線圈的面積S，電流強(qiáng)度I，定義：線圈的磁矩三、

載流線圈在均勻磁場中受的磁力矩1.磁場作用于載流線圈的磁力矩

載流線圈的空間取向用電流右手螺旋的法向單位矢量描述。I第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三MN與OP邊受力大小為：MO與NP邊受力大小為：OMNPI

M,N

O,PMNPO矩形線圈為線圈面法線方向與磁感強(qiáng)度之間夾角

第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三磁場作用在線圈上總的力矩大小為：磁場對載流線圈的作用

M,N

O,P線圈有N匝時力臂

第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三（1）上式不僅對矩形線圈成立，對于均勻磁場中的任意形狀的平面線圈也成立。磁場對載流線圈的作用

M,N

O,P大小注意（2）磁矩

與磁力矩

兩概念不要混淆第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三穩(wěn)定平衡討論1）方向與相同第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三力矩最大2）方向與垂直B第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三不穩(wěn)定平衡3）方向與相反第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三

任意形狀不變的平面載流線圈作為整體在均勻外磁場中，合力矩使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。

方向與相同第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三1.半徑分別為R1和R2的兩個半圓弧與直徑的兩小段構(gòu)成的通電線圈abcda(如圖所示)，放在磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場中，平行線圈所在平面．則線圈的磁矩為___________

，線圈受到的磁力矩_______

．隨堂小議第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三2.如圖，半圓形線圈(半徑為R)通有電流I．線圈處在與線圈平面平行向右的均勻磁場中．線圈所受磁力矩的大小為__________，方向為____________．把線圈繞OO‘軸轉(zhuǎn)過角度____________時，磁力矩恰為零．

在圖面中向上第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期三3．如圖，勻強(qiáng)磁場中有一矩形通電線圈，它的平面與磁場平行，在磁場作用下，線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動，其方向是

(A)ab邊轉(zhuǎn)入紙內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)出紙外．

(B)