[理化生]运动电荷电流在磁场中所受的力.ppt

* * 方向 力与速度方向垂直：不改变速度大小，只改变速度方向。洛仑兹力对运动电荷不做功。 若同时存在电场和磁场: ——洛仑兹关系式 一、洛仑兹力 §4 运动电荷在磁场中的运动 大小 二、运动电荷(带电粒子)在磁场中的运动 1.均匀磁场中 （1）如果 与 相互(反)平行 粒子作匀速直线运动。 （2)如果 与 垂直 粒子作匀速圆周运动。 提示： 可根据粒子轨迹判断粒子所带电荷的正负。 (示例见下页) 电子的反粒子 电子偶 显示正电子存在的云室照片及其摹描图 铝板 正电子 电子 1930年狄拉克预言自然界存在正电子 粒子作螺旋运动 （3）如果 与 斜交成?角 0 应用 磁聚焦 磁聚焦 在均匀磁场中点A发射一束初速度相差不大的带电粒子,它们的运动方向与磁场方向之间的夹角不同,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,相交于屏上同一点(A’),此现象称为磁聚焦 . 聚焦磁极 应用 电子光学 ，电子显微镜等 . 2.带电粒子在非均匀磁场中运动(特征) 1)向磁场较强方向运动时，螺旋半径不断减小. 2)粒子受到的洛仑兹力恒有一个指向磁场较弱方向的分力,可使粒子沿磁场方向的速度减小到零,从而反向运动. 非均匀磁场 应用 磁镜 磁镜 磁场：轴对称 中间弱 两边强 粒子将被束缚在磁瓶中 磁镜：类似于粒子在反射面上反射（名称之来源） 在受控热核反应中用来约束等离子体 1 质谱仪 70 72 73 74 76 锗的质谱 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + - 速度选择器 照相底片 质谱仪的示意图 三 粒子在电场和磁场中的其他应用(了解) 2 回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室. 此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖. 频率与半径无关 到半圆盒边缘时 回旋加速器原理图 N S B O ~ N 我国于1994年建成的第一台强流质子加速器 ，可产生数十种中短寿命放射性同位素 . 3 霍耳效应(了解) 霍耳系数 I 霍耳电压 + + + + + + - - - - - I + + + + - - - P 型半导体 + - 霍耳效应的应用 （2）测量磁场 霍耳电压 （1）判断半导体的类型 + + + - - - N 型半导体 - I + - 量子霍尔效应（1980年） 霍耳电阻 整个载流导线受力 §5 磁场对电流的作用 安培力 一、安培定律 安培指出, 任意电流元在磁场中受力为 二、 应用: 主要用于：A 载流导线受力 均匀磁场 非均匀磁场 B 载流线圈受力和力矩 例1(A): 在均匀磁场B中有一段弯曲的导线ab,通有电流I,求此段导线受的磁场力。 解: 弯曲导线ab可分为若干电流元积分： 可见,在匀强磁场中,弯曲导线受的磁场力等于从起点到终点的直导线所受的磁场力.(化曲为直思想) ? I B a b Idl l 大小： 方向： 练习: 求载流导线在均匀磁场中受力 又如 匀强磁场中的导线： 圆弧受的力： R B a b o I o R I a b B 圆弧受的力： 若此导线是闭合线圈呢? 0 思考: 求垂直于均匀磁场的载流圆形导线中的张力。 I R B T T 例2(A):如图所示长直电流I1和长为L的电流I2垂直共面,相距为a.求I2受I1的磁场力 解: 建坐标系如图 在坐标x处取电流元 安培力 电流I1在x处磁感强度为 方向如图 非均匀磁场中导线受力题型! 大小为 因为各电流元受力方向相同,所以大小直接相加,合力为： 方向：垂直电流I2平行电流I1 练习:如图长直电流I1和长为L的电流I2平行共面，相距为a。求I2受I1的磁场力。 练习:无限长直电流I1和线段AB(AB=L,通有电流I2)在同一平面内,求AB受的磁力及对A点的磁力矩。（仅做了解） 提示:由于每个电流元受力方向相同(如图) M= I2 I1 d ? A B dF x dx 例3(B):求磁场作用于载流线圈的磁力矩 如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP M N O P I 线圈有N匝时