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1、磁场对载流导线和载流线圈的作用第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）例例4 无限长载流圆柱面的磁场无限长载流圆柱面的磁场例例5 无限大均匀通电无限大均匀通电(线密度为线密度为i)平面的磁场平面的磁场推广：推广：有厚度有厚度的无限大通电平板层的无限大通电平板层 在外部在外部 在内部在内部（匀强磁场）（匀强磁场）2第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学
2、物理大学物理（下）（下）与与 不垂直不垂直螺距螺距匀速直线运动和匀速圆周运动匀速直线运动和匀速圆周运动-螺旋线运动螺旋线运动螺旋线半径：螺旋线半径：回旋周期：回旋周期：回转一周前进的距离。回转一周前进的距离。6第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中点在均匀磁场中点 A 发射一束初速度相差不大的发射一束初速度相差不大的带电粒子，它们的带电粒子，它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不同，但都较小，这不同，但都较小，这些粒子沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，相交于屏些粒子沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，相交于屏上同一点，此现象称
3、为磁聚焦上同一点，此现象称为磁聚焦.应用应用 电子光学，电子显微镜等电子光学，电子显微镜等.电子的反粒子电子的反粒子 电子偶电子偶 显示正电子存在的云室照片及其摹描图显示正电子存在的云室照片及其摹描图1930年狄拉克预言自然年狄拉克预言自然界存在正电子，界存在正电子，19321932年年安得森发现了正电子安得森发现了正电子。7第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）带电粒子在带电粒子在非均匀非均匀磁场中的运动磁场中的运动在磁场较强的地方，回旋半径较小。在磁场较强的地方，回旋半径较小。当粒子当粒子q0（如电子），它们在非均匀磁场中所受洛伦兹力（如电子），它们在非均匀
4、磁场中所受洛伦兹力恒有一指向磁场较弱方向的分量阻碍其继续前进，就象遇到反射恒有一指向磁场较弱方向的分量阻碍其继续前进，就象遇到反射镜一样。这种强度逐渐增强的会聚磁场称为镜一样。这种强度逐渐增强的会聚磁场称为磁镜。磁镜。磁约束现象磁约束现象 非均匀磁场具有轴对称分布，中间非均匀磁场具有轴对称分布，中间区域的磁场较弱，两端的磁场较强。区域的磁场较弱，两端的磁场较强。因为带电粒子能被束缚在这类磁场中，因为带电粒子能被束缚在这类磁场中，这种磁场有时称为这种磁场有时称为磁束磁束。应用应用：在可控热核反应装置中，常采：在可控热核反应装置中，常采用强磁束把高温等离子体束缚在有限用强磁束把高温等离子体束缚在有
5、限的空间区域，从而实现热核反应。的空间区域，从而实现热核反应。8第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）地球磁场地球磁场地球的磁场与一个棒状磁体的磁场相似，地磁轴与自转轴的地球的磁场与一个棒状磁体的磁场相似，地磁轴与自转轴的交角为交角为11.50，地磁两极在地面上的位置是经常变化的。，地磁两极在地面上的位置是经常变化的。9第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）范范阿仑辐射带阿仑辐射带地磁场实际上也是一磁束，地球是一个天然的磁约束捕集器，地磁场实际上也是一磁束，地球是一个天然的磁约束捕集器，它使来自宇宙射线和它使来自宇宙射线和“太阳风
6、太阳风”的带电粒子在地磁南、北两极之的带电粒子在地磁南、北两极之间来回振荡。被地磁场捕获的罩在地球上空的质子层和电子层，间来回振荡。被地磁场捕获的罩在地球上空的质子层和电子层，形成范形成范阿仑阿仑(Van Allen）辐射带。辐射带。地磁北极上空极光的紫外照片地磁北极上空极光的紫外照片 10第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）太阳风和磁爆太阳风和磁爆 从太阳表面抛出的带电粒子（质子和电子）形成的从太阳表面抛出的带电粒子（质子和电子）形成的“太阳风太阳风”以以400km/s的速度吹向地球，因为带电粒子在磁场中要作回旋运动，因而地的速度吹向地球，因为带电粒子在磁场
7、中要作回旋运动，因而地球磁场对它太阳风来说是一座屏障。太阳风在地球迎阳的一面约球磁场对它太阳风来说是一座屏障。太阳风在地球迎阳的一面约65,000km的上空形成了一个类似飞机音爆的巨大冲击波，在穿过这个冲的上空形成了一个类似飞机音爆的巨大冲击波，在穿过这个冲击波后，绝大部分的太阳风绕地磁场发生偏向，在这个过程中，迎阳一面击波后，绝大部分的太阳风绕地磁场发生偏向，在这个过程中，迎阳一面的地磁场被的地磁场被“挤压挤压”，而背阳一面的地磁场形成一个长长的，而背阳一面的地磁场形成一个长长的“磁尾磁尾”。太阳风在太阳活动期的风速可高达太阳风在太阳活动期的风速可高达1000m/s，对地球产生全球性的干，对
8、地球产生全球性的干扰，称为磁爆。由于磁爆对电离层的干扰，可使短波无线电通信中断。扰，称为磁爆。由于磁爆对电离层的干扰，可使短波无线电通信中断。正是靠地磁场将来自宇宙空间能致生正是靠地磁场将来自宇宙空间能致生物于死命的各种高能粒子或射线捕获住，物于死命的各种高能粒子或射线捕获住，才使地球上的生物安全地生存下来。才使地球上的生物安全地生存下来。11第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）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
9、中运动举例12第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）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，为此的能量，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.13第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）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NSBON14第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）我国于我国于19
10、94年建成的第一台强流质子加速器年建成的第一台强流质子加速器，可产生，可产生数十种中短寿命放射性同位素数十种中短寿命放射性同位素.15第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）3 霍耳效应霍耳效应16第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）霍耳霍耳系数系数I霍耳电压霍耳电压+-17第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）I+-P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用（2）测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压（1）判断半导体的类型判断半导体的类型+-N 型半导体型半导体-I+-18第十章第十章 稳恒电
11、流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）量子霍尔效应量子霍尔效应（1980年）年）霍耳电阻霍耳电阻19第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）一一 安培力安培力-外磁场对载流导线的作用力外磁场对载流导线的作用力 S洛伦兹力洛伦兹力 安培力安培力本质：本质：洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力的宏观表现 10.6 10.6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用20第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）解解 取一段电流元取一段电流元 例例 1 求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，
12、已知的力，已知 和和 .PL 结论结论 任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.21第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）例例 2 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强度为的闭合回路放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直垂直.回路由直导线回路由直导线 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，求磁场作用于闭合导线
13、的力求磁场作用于闭合导线的力.ABCor结论：结论：在匀强磁场中的闭合电流受力为零。在匀强磁场中的闭合电流受力为零。解解根据对称性分析根据对称性分析因因故故22第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）例例 3求两平行无限长直导线之间的相互作用力？求两平行无限长直导线之间的相互作用力？解解 电流电流 2 处于电流处于电流 1 的磁场的磁场中中同时，电流同时，电流 1 处于电流处于电流 2 的磁场中，的磁场中，电流电流 2 中单位长度上受的安培力中单位长度上受的安培力电流电流 1 中单位长度上受的安培力中单位长度上受的安培力电电流流单单位位安培的定安培的定义义:真空中
14、通有同真空中通有同值电值电流的两无限流的两无限长长平行直平行直导线导线，若相距，若相距 1 米，米，单单位位长长度受力度受力210-7N，则电则电流流为为1 安培。安培。23第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）例例4 求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动解解 1234方向向左方向向左方向向右方向向右 整个线圈所受的合力：整个线圈所受的合力：线圈向左做平动线圈向左做平动132424第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）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
15、如图如图 均匀均匀磁场中有一矩形载流线圈磁场中有一矩形载流线圈MNOPMNOPI不在同一条直线上不在同一条直线上在同一条直线上在同一条直线上 M,N O,P线圈有线圈有N匝时匝时29第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）IB.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，任意形状刚刚性闭合性闭合平面平面通电线圈通电线圈所受的力和力矩为所受的力和力矩为30第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）例例4
16、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，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中圆形载流线圈放在均匀磁场中，磁感应强度的大小为，磁感应强度的大小为0.08 T，方向沿，方向沿 x 轴正向轴正向.问问 线圈受力情况怎样？线圈所受的磁力矩又为多少？线圈受力情况怎样？线圈所受的磁力矩又为多少？IRQJKPo解解31第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）三三.磁场力的功磁场力的功1.载流导线在均匀磁场中的平行导轨上运动安培力的功载流导线在均匀磁场中的平行导轨上运动安培力的功lcdBabFIbax 磁场力磁场力和和磁力矩磁力矩所做的功等于电流
17、与回路所围成的面所做的功等于电流与回路所围成的面积的磁通量增量的乘积。积的磁通量增量的乘积。34第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）负号表示力矩作正功时负号表示力矩作正功时 减小减小2.载流线圈在均匀磁场中转动安培力的功载流线圈在均匀磁场中转动安培力的功IBOO 磁力矩磁力矩所做的功等于电流与回路所围成的面积的磁所做的功等于电流与回路所围成的面积的磁通量增量的乘积。通量增量的乘积。35第十章第十章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场大学物理大学物理（下）（下）课堂小结课堂小结一一 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用磁场力磁场力（洛伦兹力）（洛伦兹力）二二 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用安培力安培力-结论结论 任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.三三 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四四.磁场力的功磁场力的功 磁场力磁场力和和磁力矩磁力矩所做的功等于电流与回路所围成的面所做的功等于电流与回路所围成的面积的磁通量增量的乘积。积的磁通量增量的乘积。36此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!