电流和磁力.ppt

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1、电流和磁力1现在学习的是第1页，共25页二二.整个载流导线受力整个载流导线受力1 磁场对载流导线的作用力磁场对载流导线的作用力 安培力安培力一一.安培定律安培定律安培指出，任意电流元在磁场中受力为安培指出，任意电流元在磁场中受力为2现在学习的是第2页，共25页例例1 如图所示如图所示 长直电流长直电流I1和长为和长为L的电流的电流I2平行共平行共面，相距为面，相距为a。求。求I2受受I1的磁场力。的磁场力。解：在电流上任取一电流元解：在电流上任取一电流元电流电流I1在电流元在电流元 处磁感强处磁感强度为度为方向垂直纸面向里方向垂直纸面向里安培力安培力由于各电流元受力方向相同由于各电流元受力方向

2、相同所以，合力方向指向所以，合力方向指向I1（如图）（如图）3现在学习的是第3页，共25页合力大小：合力大小：由于各电流元处磁由于各电流元处磁感强度相同感强度相同代入数据得代入数据得#4现在学习的是第4页，共25页例例2 如图所示如图所示 长直电流长直电流I1和长为和长为L的电流的电流I2垂直共面垂直共面 相距为相距为a 求求I2受受I1的磁场力的磁场力解：建坐标系如图解：建坐标系如图在坐标在坐标x处取电流元处取电流元安培力安培力电流电流I1在在x处磁感强处磁感强度为度为方向如图方向如图5现在学习的是第5页，共25页安培力大小为安培力大小为因为各电流元受力方向相因为各电流元受力方向相同，所以大

3、小直接相加同，所以大小直接相加合力为：合力为：方向：垂直电流方向：垂直电流I2平行电流平行电流I16现在学习的是第6页，共25页一一.载流线圈在均匀磁场中的力矩载流线圈在均匀磁场中的力矩*二二.载流线圈在均匀磁场中得到的能量载流线圈在均匀磁场中得到的能量三三.与静电场对比与静电场对比 磁场磁场 静电场静电场2 磁场对平面载流线圈的作用力矩磁场对平面载流线圈的作用力矩7现在学习的是第7页，共25页一一.洛仑兹力洛仑兹力 磁场对运动电荷施以的磁场力是洛仑兹力磁场对运动电荷施以的磁场力是洛仑兹力 其表达式为：其表达式为：式中：式中：点电荷运动速度点电荷运动速度点电荷处于场点处的磁感强度点电荷处于场点

4、处的磁感强度点电荷电量点电荷电量3 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力洛仑兹力8现在学习的是第8页，共25页由于：由于：所以：洛仑兹力对施力点电荷不作功所以：洛仑兹力对施力点电荷不作功如图所示点电荷受到磁场施以的如图所示点电荷受到磁场施以的洛仑兹力大小为洛仑兹力大小为9现在学习的是第9页，共25页二二.霍尔效应霍尔效应1.霍尔效应：在磁场中，载流导体或半导体上出霍尔效应：在磁场中，载流导体或半导体上出现横向电势差的现象现横向电势差的现象2.霍尔电压：霍尔效应中产生的电势差霍尔电压：霍尔效应中产生的电势差 上图中导体上下两端面出现电势差上图中导体上下两端面出现电势差1879年

5、美国物理年美国物理学家霍尔发现学家霍尔发现10现在学习的是第10页，共25页3.形成机制形成机制以载流子为正电荷为例说明以载流子为正电荷为例说明设载流子速度为设载流子速度为洛仑兹力大小为洛仑兹力大小为从而从而 上端积累了正电荷上端积累了正电荷 下端积累了负电荷下端积累了负电荷洛仑兹力使载流子横向漂移洛仑兹力使载流子横向漂移 出现电荷积累出现电荷积累使载流子漂移使载流子漂移11现在学习的是第11页，共25页由于电荷的积累，形成静电场霍尔电场由于电荷的积累，形成静电场霍尔电场洛仑兹力与电场力平衡洛仑兹力与电场力平衡 载流子不再漂移载流子不再漂移上下两端形成电势差上下两端形成电势差电荷受电力电荷受电

6、力电势差为电势差为12现在学习的是第12页，共25页4.霍尔系数霍尔系数 霍尔电阻霍尔电阻由电流强度的定义有由电流强度的定义有单位体积中的粒子数单位体积中的粒子数霍尔系数霍尔系数霍尔电阻霍尔电阻13现在学习的是第13页，共25页三三.带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动1.带电粒子在均匀磁场中运动带电粒子在均匀磁场中运动设均匀磁场磁感强度为设均匀磁场磁感强度为带电粒子质量为带电粒子质量为m 电量为电量为q为了使物理图像清晰为了使物理图像清晰我们分三种不同情况分别说明我们分三种不同情况分别说明1）粒子运动速度平行磁感强度）粒子运动速度平行磁感强度2）粒子运动速度垂直磁感强度）粒子运动速度垂直

7、磁感强度3）粒子运动速度方向任意）粒子运动速度方向任意设粒子设粒子初速度初速度为为14现在学习的是第14页，共25页1）粒子运动速度平行磁感强度）粒子运动速度平行磁感强度粒子不受力粒子不受力粒子做匀速直线运动粒子做匀速直线运动2）粒子运动速度垂直磁感强度）粒子运动速度垂直磁感强度粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动圆周半径圆周半径 由由得得15现在学习的是第15页，共25页由上式可知由上式可知 圆周运动半径与垂直圆周运动半径与垂直磁场的速度有关磁场的速度有关速度大的粒子圆周半径大速度大的粒子圆周半径大速度小的粒子圆柱半径小速度小的粒子圆柱半径小圆周半径圆周半径粒子运动的周期粒子运动的周期由上式

8、可知由上式可知 同种粒子（同种粒子（m/q相同）不管其垂直磁相同）不管其垂直磁场方向的速度如何场方向的速度如何 在同样均匀磁场中圆周运动的周在同样均匀磁场中圆周运动的周期相同期相同与速度无关与速度无关16现在学习的是第16页，共25页3）粒子运动速度方向任意）粒子运动速度方向任意 将上述两种情况综合将上述两种情况综合 设粒子初速度与磁感强度之间夹角为设粒子初速度与磁感强度之间夹角为 粒子做螺旋运动粒子做螺旋运动粒子在垂直磁场的平面里做圆周运动同时粒子在垂直磁场的平面里做圆周运动同时又沿磁场方向匀速运动又沿磁场方向匀速运动17现在学习的是第17页，共25页螺旋半径螺旋半径螺距螺距应用应用1）电真

9、空器件中的磁聚焦）电真空器件中的磁聚焦电子枪发射出一束电子电子枪发射出一束电子 这束电子动能几乎相同这束电子动能几乎相同准直装置保证各电子动量几乎平行于磁感线准直装置保证各电子动量几乎平行于磁感线由于发散角小，所以各电子由于发散角小，所以各电子各螺距相同各螺距相同18现在学习的是第18页，共25页每经过一个周期每经过一个周期大家（电子束）大家（电子束）再相会再相会2）质谱仪）质谱仪同位素分离同位素分离BA A+19现在学习的是第19页，共25页*2.带电粒子在非均匀磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中运动在非均匀磁场中带电粒子运动的特征：在非均匀磁场中带电粒子运动的特征：1）向磁场较强方向运动时）

10、向磁场较强方向运动时 螺旋半径不断减小螺旋半径不断减小根据是：根据是：非均匀磁场非均匀磁场20现在学习的是第20页，共25页非均匀磁场非均匀磁场2）粒子受到的洛仑兹力）粒子受到的洛仑兹力 恒有一个指向磁场较弱方向的分力恒有一个指向磁场较弱方向的分力 从而阻止粒子向磁场较强方向的运动从而阻止粒子向磁场较强方向的运动效果效果：可使粒子沿磁场方向的速度减小：可使粒子沿磁场方向的速度减小到零到零 从而反向运动从而反向运动21现在学习的是第21页，共25页应用应用1）磁镜）磁镜等离子体等离子体线圈线圈线圈线圈磁场：轴对称磁场：轴对称 中间弱中间弱 两边强两边强 粒子将被束缚在磁瓶中粒子将被束缚在磁瓶中磁

11、镜：类似于粒子在反射面上反射磁镜：类似于粒子在反射面上反射 （名称之来源）（名称之来源）在受控热核反应中用来约束等离子体在受控热核反应中用来约束等离子体22现在学习的是第22页，共25页2）极光）极光由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象23现在学习的是第23页，共25页在地磁两极附近在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直由于磁感线与地面垂直 外层空间入外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内射的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气分它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光子的碰撞产生的辐射就形成了极光绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光24现在学习的是第24页，共25页3）磁流体船）磁流体船B电流电流BF海水海水进水进水出水出水发动机发动机接发电机接发电机IF电极电极第三部分结束第三部分结束25现在学习的是第25页，共25页