高二物理竞赛第八章 恒定电流的磁场课件.ppt

第八章 恒定电流的磁场,8.1 电流,8.3 毕奥萨伐尔定律及其应用,8.2 磁场 磁感应强度,8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理,8.5 磁场对电流的作用,8.6 磁场对运动电荷的作用,8.7 磁介质及其磁化特性,8.8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度,8.5 磁场对电流的作用,一、安培定律,二、磁场对载流平面线圈的作用,三、磁力的功,四、平行无限长直载流导线间的相互作用,一、安培定律,1、定律：磁场中任一点 处的电流元 所受到的磁场的作用力为：,整个载流闭合回路在磁场中所受到的安培力为：,矢量积分,8.5 磁场对电流的作用,方向:由 确定.,2、利用安培定律求磁力的一般步骤.,(2)分析对称,建立坐标系,则:,8.5 磁场对电流的作用,可见:弯曲通电导线 在均匀磁场中所受的磁力与其形状无关,仅与导线端点的位置有关.即:与两端点连线通同向电流受力相同.,8.5 磁场对电流的作用,8.5 磁场对电流的作用,载流线圈在空间的取向。规定：将右手四指弯曲用以代表线圈中的电流的回绕方向，伸直的拇指即代表线圈平面的法线矢量 的指向。,二、磁场对载流平面线圈的作用,2、均匀磁场对平面载流线圈的磁力矩(以特例引出),8.5 磁场对电流的作用,方向相反!,8.5 磁场对电流的作用,合力矩的大小：,称为线圈总磁矩。,推广：任意平面载流线圈在均匀磁场中所受到的总磁力矩为：,匝线圈：,8.5 磁场对电流的作用,三、磁力的功,8.5 磁场对电流的作用,例题3.如图所示,一半径 为R,通有电流I的半圆形闭合线圈,置于均匀磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线圈平行.求: (1)线圈所受的磁力矩; (2)在磁力矩作用下线圈转过 过程中磁力矩的功.,8.5 磁场对电流的作用,四、平行无限长载流直导线间的相互作用,导线1在导线2处产生的磁感应强度为:,导线2的一段 受到的安培力为：,同理:导线1的一段 受到的安培力为：,单位长度导线所受到的作用力的大小为：,其方向为：当两导线的电流沿同方向时相互吸引，当电流反方向时，互相排斥。,8.5 磁场对电流的作用,“安培”的定义：一恒定电流，若保持在处于真空中相距1米的两无限长而圆截面可忽略的平行直导线内，则在此两导线之间产生的力在每米长度上等于 牛顿。,8.5 磁场对电流的作用,三、霍耳效应,8.6磁场对运动电荷的作用,一、洛仑兹力,二、带电粒子在电磁场中的运动,一、洛仑兹力,8.6磁场对运动电荷的作用,二、带电粒子在均匀电磁场中的运动,1、带电粒子在均匀磁场中运动,粒子作匀速直线运动,设粒子:质量m,带电q,运动速度,粒子作匀速圆周运动,8.6磁场对运动电荷的作用,磁聚焦原理：,当 相差不多， 很小时,螺距：,8.6磁场对运动电荷的作用,周期:,螺距：,8.6磁场对运动电荷的作用,2、带电粒子在均匀电磁场中运动,粒子受力:,动力学方程:,复杂问题,霍耳效应的理论解释：,为霍耳系数。,三、霍耳效应,将一个导电板放在垂直于它的磁场中，当有电流通过它时，在导电板的两侧 产生一个电势差 。这种现象叫霍耳效应。,如图:以载流子为正电荷为例,当电场力和洛仑兹力大小相等、方向相反时,霍耳效应处于平衡.即:,8.6磁场对运动电荷的作用,霍耳系数：,8.6磁场对运动电荷的作用,霍耳效应与载流子电荷正负的关系,8.6磁场对运动电荷的作用,例1、回旋加速器是一种获得高速粒子的装置，其基本原理是利用了回旋频率与粒子速度无关的性质。其核心部分是两个D形盒，它们是密封在真空中的两个半圆形金属空盒，放在电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场的方向垂直于D形盒的底面。两个D形盒之间留有窄缝，中心附近放置粒子源。,8.6磁场对运动电荷的作用,在两个D形盒之间接有交流电源，它在缝隙里形成一个交变电场用以加速带电粒子。试分析回旋加速器的基本工作原理。,解：,缝隙中的交变电场以不变的回旋共振周期 往返变化，便可保证离子每次经过缝隙时受到的电场力都使它加速。,8.6磁场对运动电荷的作用,作业,第八章习题册31磁力习题课32,