磁场力作用优秀课件.ppt

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1、磁场力作用第1页，本讲稿共29页11-7 11-7 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动电场力电场力磁场力磁场力（洛仑兹力洛仑兹力）+运动电荷在电运动电荷在电场和磁场中受的力场和磁场中受的力 方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由经小于由经小于 的角弯向的角弯向 的方向，拇指的指向就是正电荷所受的方向，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向洛仑兹力的方向.一、带电粒子的受力一、带电粒子的受力第2页，本讲稿共29页2二、运动方程及其解二、运动方程及其解如果带电粒子处于电场和磁场同时存在的空间中，如果带电粒子处于电场和磁场同时存在的空间中，根据牛顿运动定律根据牛顿运动定律原则上可以求解，

2、原则上可以求解，但较为复杂但较为复杂第3页，本讲稿共29页 在均匀磁场中的情形：在均匀磁场中的情形：已知磁场已知磁场电荷为电荷为q的粒子，以速度的粒子，以速度v0进入进入B中。中。任一时刻，其满足的方程为：任一时刻，其满足的方程为：磁场磁场对对q粒子的作用力粒子的作用力:故故v的大小不变的大小不变不变。不变。3voqB第4页，本讲稿共29页下面分两种情况讨论：下面分两种情况讨论：1)q 以以进入磁场进入磁场：voqB设此轨道半径为设此轨道半径为R，F向心向心=qvB，a向心向心=v2/RqvB=m v2/RF向心向心=ma向心向心得：得：回旋共振频率回旋共振频率 q转一周的时间：转一周的时间：

3、周期周期频率：频率：4第5页，本讲稿共29页可分解可分解若若，就是上述情况就是上述情况；若若则则:qB若若上述两个运动合成上述两个运动合成螺距：螺距：螺旋线螺旋线半径：半径：2）普遍情形下）普遍情形下voqB5第6页，本讲稿共29页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、带电粒子在现代电磁场技术中的应用举例三、带电粒子在现代电磁场技术中的应用举例速度选择第7页，本讲稿共29页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NSBON2.回旋加速器回旋加速器第8页，

4、本讲稿共29页 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.第9页，本讲稿共29页3.磁聚焦磁聚焦带电粒子带电粒子q以速度以速度v 进入均匀磁场后，作螺旋线运动：进入均匀磁场后，作螺旋线运动：螺距：螺距：半径：半径：AA 一束发散角一束发散角 不太不太大，速度大致相同的大，速度大致相同的带电粒子，从带电粒子，从A点进入，点进入，磁场则：磁场则：各粒子的螺距各粒子的螺距h相等，相等，R不相等不相等各粒子经历一个回旋周期后会聚到各粒子经历一个回旋周期后会聚到A点点磁聚焦磁聚焦9第10页，本讲稿共29

5、页4.磁约束磁约束 一般带电粒子在非均匀磁场也作螺旋线运动：一般带电粒子在非均匀磁场也作螺旋线运动：10磁镜（mirror confinement）螺旋半径随着磁场强度的增螺旋半径随着磁场强度的增加而减小，且受到一个指向加而减小，且受到一个指向磁力线稀疏处的一个反向磁磁力线稀疏处的一个反向磁场力。场力。磁瓶磁瓶（magnetic bottle)多用在可控热核反应装置中多用在可控热核反应装置中第11页，本讲稿共29页 20052005年年6 6月，欧盟、美国、俄罗斯、中国、韩国以及印度达成了一项协月，欧盟、美国、俄罗斯、中国、韩国以及印度达成了一项协议，将投入大量的人力、财力合作建设一座议，将投

6、入大量的人力、财力合作建设一座“国际热核反应炉国际热核反应炉(ITER)”。Tokamak托克马克托克马克International Thermonuclear Experimental Reactor热核反应的示意图热核反应的示意图Thermonuclear React第12页，本讲稿共29页I霍耳电压霍耳电压霍耳霍耳系数系数+-四、四、霍耳效应（霍耳效应（Hall Effect)第13页，本讲稿共29页 量子霍尔效应量子霍尔效应（1980年年,德国人德国人 冯冯克利青克利青）霍耳电阻霍耳电阻第14页，本讲稿共29页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，目前

7、常用的高斯计）测量磁场，目前常用的高斯计霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型，计算载流子浓度）判断半导体的类型，计算载流子浓度+-N 型半导体型半导体-I+-第15页，本讲稿共29页S一一 安安 培培 力力洛伦兹力洛伦兹力 由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力上看起来受到了磁场的作用力.安培定律安培定律 磁场对电流元的作用磁场对电流元的作用力力第16页，本讲稿共29页 有限长载流导线所有限长载流导线所受的安培力受的安培力 安培定律安培定律 意义意义 磁场对电流元作用的力磁场对电流元作用的力，在数值上等，在数值上等

8、于电流元于电流元 的大小的大小、电流元所在处的磁感强度、电流元所在处的磁感强度 大小以及电流元和磁感应强度之间的夹角大小以及电流元和磁感应强度之间的夹角 的正弦的正弦之乘积之乘积,垂直于垂直于 和和 所组成的平面所组成的平面,且且 与与 同向同向.第17页，本讲稿共29页ABCo根据对称性分析根据对称性分析解解 例例 1: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的闭合回路放在磁感应强度为度为 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

9、针方向,求磁场作用于闭合导线的力求磁场作用于闭合导线的力.第18页，本讲稿共29页ACoB因因由于由于故故第19页，本讲稿共29页 如果上题中连接两点如果上题中连接两点的不是一段规则的圆弧而是任意的不是一段规则的圆弧而是任意的曲线，结果又会什么样？的曲线，结果又会什么样？AL取一段电流元取一段电流元:注意推导的前提条件！注意推导的前提条件！思考：思考：第20页，本讲稿共29页例例2 求两无限长平行载流直导线间的相互作用求两无限长平行载流直导线间的相互作用第21页，本讲稿共29页 国际单位制中国际单位制中电流单位安培的定义电流单位安培的定义 在真空中两平行长直导线相在真空中两平行长直导线相距距

10、1 m，通有大小相等、方向相，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为上的吸引力为 时，时，规定这时的电流为规定这时的电流为 1 A（安培）（安培）.问问 若两直导线电流方向相反二若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？者之间的作用力如何？可得可得第22页，本讲稿共29页箍缩效应：箍缩效应：两导线间存在有吸引力，一载流导线可看成许多两导线间存在有吸引力，一载流导线可看成许多纵向元，也同样存在相互吸引力，导体是液体、电离纵向元，也同样存在相互吸引力，导体是液体、电离气体，这些力使导体收缩气体，这些力使导体收缩。求下列电流之间的相互作用：求下列电

11、流之间的相互作用：思考练习思考练习第23页，本讲稿共29页 M,N O,PMNOPI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 均匀均匀磁场中有一矩形载流线圈磁场中有一矩形载流线圈MNOP第24页，本讲稿共29页线圈有线圈有N匝时匝时MNOPI M,N O,P第25页，本讲稿共29页IB.IBB+I稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论1）方向与方向与 相同相同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第26页，本讲稿共29页任意形状平面载流线圈的磁力矩任意形状平面载流线圈的磁力矩设一任意形状的闭合平面线圈，设一任意形状的闭合平面线圈，电流为电流为I，面积为，面积为S,放入均匀磁放入均匀磁场中。场中。设想把线圈分割成许多无限小窄条组成。设想把线圈分割成许多无限小窄条组成。线圈受的总力矩为：线圈受的总力矩为：每一小窄条受力矩为：每一小窄条受力矩为：即：即：20扩展扩展第27页，本讲稿共29页 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通电线圈所受的力和力矩为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 磁矩磁矩第28页，本讲稿共29页谢谢谢谢!第29页，本讲稿共29页