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§14-1 电流和电流密度 §14-3 磁力与电荷的运动 §14-4 磁场与磁感应强度 §14-6 霍尔效应 §14-7 载流导线在磁场中受的力和力矩 当粒子的初速度与B成?角 回旋半径： 螺距： 将速度分解为垂直和平行B的分量 这两个分运动的合成轨迹是一条螺旋线。粒子沿螺旋线每旋转一周，在B方向上前进的路程正比于v//，而与 无关。 使粒子在垂直B平面内作匀速圆周运动 v//使粒子沿B方向作匀速直线运动 三、带电粒子在非均匀磁场中的运动 非均匀磁场 场中： 不受力，匀速直线运动 圆周运动 场中： 受X负方向的洛仑兹力 圆周运动 X 合成结果：X方向减速直线运动和垂直X平面内的圆周运动，即绕磁感线的螺旋运动。 结论：带电粒子在非均匀磁场中运动时，所受的洛仑兹力总有一个指向磁场较弱方向的轴向分力。 磁聚焦 地磁场内的范艾伦辐射带 北极光现象 磁约束 试解释下列现象 A A? B 极光现象： 由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象 在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。 绚丽多彩的极光 四、回旋加速器（不考虑相对论效应） 两个D型电极与高频振荡器连接。交变电场与恒定强磁场共同作用，使带电粒子在缝隙之间加速，D型电极内作圆周运动，周期与速率无关。 交变电场频率： 粒子最终速率： 粒子最终动能： 思考题： 在回旋加速器中电场和磁场的主要作用是什么？ 为什么主要用于加速质量较大的带电粒子获得高能粒子流。 在一个通有电流I的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则在导体的两侧A1和A2间出现一定的电势差，此现象称为霍尔效应。 实验规律： 霍耳系数RH：仅与导体材料有关。 A1 A2 B f v A1 A2 B f v 经典理论推导： 以v在B中运动的带电粒子受洛仑兹力 n为载流子的数密度 带电量为q的粒子在电场（电势差UH）中受电场力 两力平衡 霍耳电势差 霍耳系数 用途： 测量载流子数密度n 测量电流强度I 测量磁感强度B（磁强计） 电磁信号转换 霍尔效应： 固体霍尔效应 流体霍尔效应（磁流体发电） 量子霍尔效应（低温及强磁场下电压与电阻呈量子关系） B/T n = 4 n = 3 n = 2 1.39K，25.52?A 5 10 15 量子霍尔效应 1. 载流线圈的磁矩 能够描述线圈本身的性质：线圈平面在空间的取向和线圈中电流的回绕方向 I S 线圈平面法线方向 与电流回绕方向满足右手螺旋法则 如线圈有N匝，则 2. 磁场对载流线圈的作用 设：均匀磁场，刚性矩形线圈 合力 合力矩 ? I B B ? 方向相反，在一条直线上 方向相反，不在一条直线上，形成力矩 B ? ? 上式描述了磁矩在均匀磁场中的受力规律。适用于 任意形状的平面载流线圈 带电粒子沿闭合回路运动 带电粒子自旋具有的磁矩 讨论： ?=?/2时，磁力矩最大。磁力矩使?减小 ?=0时，磁力矩为0。线圈处于稳定状态 ?=?时，磁力矩为0。但线圈处于非稳定状态 线圈在非均匀磁场中： 一般线圈所受合力和力矩均不为0，线圈的运动是平动和转动的合运动。合力作用下，线圈将向磁场较强的方向运动。 结论：任意形状的线圈在均匀磁场中，所受合力为0，力矩总是使线圈的Pm转向B 的方向。 如何解释？ 三、磁场力的功 载流导线或载流线圈中电流I不变时 一个任意形状的闭合电流回路，在磁场中改变位置或改变形状时，只要电流I不变，磁力所做的功都可按上式计算。 载流导线或载流线圈中电流I变化时 例题：矩形线圈可绕Y轴转动，边长l1=6cm，l2=8cm，电流I=10A。均匀磁场B=0.02T，方向平行X轴。 线圈平面与B的方向成300角时，求每边受到的安培力和线圈所受的磁力矩； 线圈由此位置转至平衡位置时，求磁力的功。 解： 1) 用安培定律求安培力 对于直导线，均匀磁场 用下式计算线圈的磁力矩 Z X Y O a b c l2 l1 I B 2) 用下式计算磁力做的功 电流不变 Z X Y O a b c l2 l1 I B 思考题：一个矩形线圈在外磁场中作任意的取向。试问：绕垂直于线圈平面的轴线转动时外力是否需要作功。 B ? I B College Physics * * * 第14章 电流和磁力 电流和电流密度概念 磁力与电荷的运动 磁场与磁感应强度 带电粒子在磁场中的运动 霍尔效应 载流导线在磁场中受的力和力矩 主要内容： 第一讲：第1-3节 第二讲：第4-7节 作业：1, 5, 7, 9, 11, 13, 16 , 20, 22 §14-1 磁场对电流的作用 §14-2 磁场对电荷的作用 安培力及安培定律 磁场对载流导线和线圈的作用力 磁场对载流导线