第七章大学物理教材课件.ppt

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1、一一 带电粒子在电场和磁场中所受的力带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力电场力磁场力磁场力（洛伦兹力）（洛伦兹力）运动电荷在电场运动电荷在电场和磁场中受的力和磁场中受的力+7-7 7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动二二 带电粒子在磁场中运动举例带电粒子在磁场中运动举例1 回旋半径和回旋频率回旋半径和回旋频率（洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功）洛伦兹力洛伦兹力 与与 不垂直不垂直2.2.运动方向沿任意方向运动方向沿任意方向+v v v v B B B BV V2 2 匀速圆周运动匀速圆周运动v v v v1 1 1 1v v v v2 2 2 2V V1 1 匀速直线运

2、动匀速直线运动半径：半径：周期周期：螺距：螺距：结论：结论：螺旋运动螺旋运动h h h h 磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中点在均匀磁场中点 A 发射一发射一束初速度相差不大的带电粒子束初速度相差不大的带电粒子,它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不同不同,但都较小但都较小,这这些粒子沿半径不同的螺旋线运动些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距因螺距近似相等近似相等,相交于屏上同一点相交于屏上同一点,此现象称此现象称为磁聚焦为磁聚焦.应用应用 电子光学电子光学,电电子显微镜等子显微镜等.3 电子的反粒子电子的反粒子 电子偶电子偶显示正电子存在显示正电子存在的云室照片及其的云室照片及其摹描图摹描图

3、铝板铝板正电子正电子电子电子1930年狄拉克预年狄拉克预言自然界存在正言自然界存在正电子，电子，1932年美年美国物理学家安德国物理学家安德森实验中发现正森实验中发现正电子，为此于电子，为此于1936年获诺贝尔年获诺贝尔物理学奖。物理学奖。1 质谱仪质谱仪7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱.+-速度选择器速度选择器照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示意图三三 带电粒子在电场和磁场中运动举例带电粒子在电场和磁场中运动举例 质谱仪由英国化学家和物理学家阿斯顿质谱仪由英国化学家和物理学家阿斯顿19191919年创制，利用它阿斯顿发现了多种同位年创制，利用它阿斯顿发现了多种同位素，素，19

4、221922年获诺贝尔化学奖。年获诺贝尔化学奖。2 回旋加速器回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室型室.此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量，的能量，为此为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.频率与半径无关频率与半径无关到半圆盒边缘时到半圆盒边缘时回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSBON 我国于我国于1994年建成的第年建成的第一台强流质一台强流质子加速器子加速器，可产生数十可产生数十种中短寿命种中短寿命放射性同位放射性同位素素.3 霍耳效应霍耳效应 1879年，霍尔发现，把一载流导

5、体放在磁场年，霍尔发现，把一载流导体放在磁场中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差。这一现象称为这一现象称为“霍耳效应霍耳效应”，这电势差称为这电势差称为“霍耳电势差霍耳电势差”。霍耳霍耳系数系数I霍耳电压霍耳电压+-讨论：讨论：载流子为正，载流子为正，R RH H、U UH H 为正；为正；载流子为负，载流子为负，R RH H、U UH H 为负。为负。金属中金属中n n很大，很大，R RH H、U UH H 很小，霍尔效应很弱；很小，霍尔效应很弱；半导体中半导体中n n

6、较小，较小，R RH H、U UH H 较大，霍尔效应较明显。较大，霍尔效应较明显。I+-P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用1 1）判断半导体的类型判断半导体的类型2 2）测量磁场测量磁场+-N 型半导体型半导体-I+-霍耳电压霍耳电压一一 安培力安培力S洛伦兹力洛伦兹力 安培力安培力7-8 7-8 载流导线在磁场中所受的力载流导线在磁场中所受的力 有限长载流导线所受的安培力有限长载流导线所受的安培力 例例 1 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路的闭合回路放在磁感应强度为放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路的均匀磁场中，回路平面与磁感强度平面与磁感强度 垂直垂直.回路由

7、回路由直导线直导线 AB 和半径为和半径为 的圆弧导线的圆弧导线 BCA 组成组成，电流为顺时针方向电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合求磁场作用于闭合导线的力导线的力.ABCo根据对称性分析根据对称性分析解解ABCo由于由于ABCo因因故故解解 取一段电流元取一段电流元 例例 2 求如图不求如图不规则的平面载流导线规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的在均匀磁场中所受的力，已知力，已知 和和 .PL 结论结论 任意平面载流导线在均匀磁场任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力中所受的力,与其始点和终点相同的载流与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同直导线所受的磁场力相同.PL讨论：讨论：可证

8、明均匀磁场中，任意形状的平面载流导可证明均匀磁场中，任意形状的平面载流导线所受磁场力，与其始点和终点相同的载流直导线所受磁场力，与其始点和终点相同的载流直导线所受磁场力是相等的。线所受磁场力是相等的。表明均匀磁场中，若载流导线闭合回路的平表明均匀磁场中，若载流导线闭合回路的平面与磁感强度垂直时，此闭合回路不受磁场力作面与磁感强度垂直时，此闭合回路不受磁场力作用。此结论，适用于任意形状闭合回路。用。此结论，适用于任意形状闭合回路。o oP P 例例 3 半径为半径为 载有电流载有电流 的导体圆的导体圆环与电流为环与电流为 的长直导线的长直导线 放在同一平放在同一平面内（如图），直导面内（如图），

9、直导线与圆心相距为线与圆心相距为 d，且且 R d 两者间绝缘两者间绝缘,求求 作用在圆电流上的作用在圆电流上的磁场力磁场力.OdR解解OdR.OdR.OdR.rx I1I2例例4.4.无限长直载流导线通有电流无限长直载流导线通有电流I I1 1，在同一平面内在同一平面内有长为有长为L L的载流直导线，通有电流的载流直导线，通有电流I I2 2。（如图所示）如图所示）求：长为求：长为L L的导线所受的磁场力。的导线所受的磁场力。dxxl解：解：dldF二二 磁场作用于载流线圈的磁力矩磁场作用于载流线圈的磁力矩如图如图 均匀均匀磁场中有磁场中有一矩形载流线圈一矩形载流线圈MNOPMNOPI线圈有

10、线圈有N匝时匝时 M,N O,PMNOPIIB.IB BI稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论（1）与与 同向同向（2）方向相反方向相反（3）方向垂直方向垂直力矩最大力矩最大 结论结论:均匀均匀磁场中，任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭性闭合合平面平面通电线圈所受的力和力矩为通电线圈所受的力和力矩为与与 成成右右螺旋螺旋0pqq=稳定稳定平衡平衡非稳定非稳定平衡平衡 磁矩磁矩 例例5 如图半径为如图半径为0.20 m，电流为，电流为20 A，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中中，磁感应强度的大，磁感应强度的大小为小为0.08 T，方向沿，方向沿

11、x 轴正向轴正向.问问线圈受力情况怎样？线圈受力情况怎样？线圈所受的磁力矩又线圈所受的磁力矩又为多少？为多少？IRQJKPo解解 把线圈分为把线圈分为JQP和和PKJ两部分两部分IRQJKPo以以 为轴，为轴，所受磁力矩大小所受磁力矩大小IRQJKPo例例6.6.一半径为一半径为R R的闭合载流线圈，通过电流的闭合载流线圈，通过电流I,I,放在均匀放在均匀磁场磁场B B中，其方向与线圈平面平行。求：（中，其方向与线圈平面平行。求：（1 1）以直径）以直径为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。（为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。（2 2）线圈转）线圈转过过9090，所受磁力矩如何，所受磁力矩如何?解解：法一法一作用力垂直于线圈平面向外作用力垂直于线圈平面向外BIRdl 法二法二磁力矩方向向下磁力矩方向向下（1 1）（2 2）x x