《物理教學(xué)課件第二節(jié)磁場對運動電荷的作用--洛侖茲力PPT》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理教學(xué)課件第二節(jié)磁場對運動電荷的作用--洛侖茲力PPT（27頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、xyzo+qvBF 方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由經(jīng)小于由經(jīng)小于 的角彎向的角彎向方向，拇指的指向就是正電荷所受方向，拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向洛侖茲力的方向。BvBqF v第二節(jié)第二節(jié) 磁場對運動電荷的作用磁場對運動電荷的作用-洛侖茲力洛侖茲力 （Lorentz force) )霍 耳 效 應(yīng)霍耳效應(yīng)（霍耳效應(yīng)（Hall effect) )dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdvI+ + +- - -P 型半導(dǎo)體型半
2、導(dǎo)體+-HUBmFdv霍耳效應(yīng)的應(yīng)用霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2 2）測量磁場測量磁場dIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓1 1）判斷半導(dǎo)體的類型判斷半導(dǎo)體的類型mF+ + +- - - N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體HU-BI+-dv第三節(jié)第三節(jié) 磁場對載流導(dǎo)線的作用（磁場對載流導(dǎo)線的作用（Ampere force) )l dISB洛倫茲力洛倫茲力BefmvsinBefmvsinddlBSneFvSneIvmfvsinddlBIF lIdBlIF dd安培定律安培定律 磁場對電流元的作用力磁場對電流元的作用力一、安培力一、安培力BlIdFd 有限長載流導(dǎo)線有限長載流導(dǎo)線所受的安培力所受的安培力BlIFFllddBlIF
3、 dd 安培定律安培定律 sinddlBIF 意義意義 磁場對電流元作用的力，在數(shù)值上等于磁場對電流元作用的力，在數(shù)值上等于電流元電流元 的大小、電流元所在處的磁感強度的大小、電流元所在處的磁感強度 的的叉乘值。叉乘值。lIdBlIdBFd 例題例題 求處在均勻磁場求處在均勻磁場B B中、形狀如圖所示、通有電流中、形狀如圖所示、通有電流I I的剛性導(dǎo)線所受的安培力。的剛性導(dǎo)線所受的安培力。 解：兩端長為解：兩端長為l的直線所受的安培力豎直向下，其大小的直線所受的安培力豎直向下，其大小IlBFF21 半圓形導(dǎo)線上任意電流元所受的安培力方向沿徑向半圓形導(dǎo)線上任意電流元所受的安培力方向沿徑向指向圓心
4、指向圓心O O，大小為：，大小為：IBdldF 將將dF分解為水平分量和豎直分量分解為水平分量和豎直分量dlIBdFdFcoscos/dlIBdFdFsinsin 由于電流分布的對稱性，水平分量的積分為零，整個半圓導(dǎo)由于電流分布的對稱性，水平分量的積分為零，整個半圓導(dǎo)線所受的合力方向豎直向下，大小為：線所受的合力方向豎直向下，大小為：0332sinsinIRBdIBFRddldlIBdFFll所以所以因為因為作用在整個導(dǎo)線上的合力的大小為作用在整個導(dǎo)線上的合力的大小為)(2321RlIBFFFF合力的方向豎直向下。合力的方向豎直向下。ne M,N O,PBBMNOPIne二、二、 磁場對載流線
5、圈的作用磁場對載流線圈的作用 載流線圈的磁矩載流線圈的磁矩12lNOlMN21FF21BIlF 43FF)sin(13 BIlF041iiFF3F4F1F1F2F2FsinBISM BPBeISMmnBeNISMn線圈有線圈有N匝時匝時12lNOlMNsinsin1211lBIllFMB1F3FMNOPIne2F4F M(N)ne P(O)B1F2FM(N)IB.FF. . . . . . . . . . . . . . . . .FIBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + IFmax,2MM 0,0M穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡不不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定
6、平衡討討 論論1 1） 方向與方向與 相同相同Bne2 2）方向相反）方向相反3 3）方向垂直）方向垂直0,M力矩最大力矩最大 結(jié)論結(jié)論: : 均勻磁場中，任意形狀剛性閉合平面通均勻磁場中，任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為電線圈所受的力和力矩為BPMFm,02/,maxBPMMBPmmne與與 成右手螺旋成右手螺旋I0穩(wěn)定穩(wěn)定平衡平衡非穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡0,/MBPmneNISPm 磁矩磁矩mPNISPmB BmPM說明：說明： (1)(1)NIS只由線圈本身決定，稱為線圈的磁矩只由線圈本身決定，稱為線圈的磁矩( (magnetic moment), ), 用用 表示，是個矢量，它
7、的方向表示，是個矢量，它的方向是載流線圈法線方向是載流線圈法線方向, , 它的大小為：它的大小為： 所以線圈在磁場中所受到的磁力矩為所以線圈在磁場中所受到的磁力矩為 （2 2）可推廣至任意形狀的載流平面線圈，線圈）可推廣至任意形狀的載流平面線圈，線圈所受的合力為零，但受一力矩的作用。所受的合力為零，但受一力矩的作用。 （3 3）載流線圈的這一性質(zhì)和電偶極子在外電場作）載流線圈的這一性質(zhì)和電偶極子在外電場作用下的運動很相似，所以又稱載流線圈為磁偶極子用下的運動很相似，所以又稱載流線圈為磁偶極子（magnetic dipole).). 例例1 1氫原子中的電子，以速度氫原子中的電子，以速度v=71
8、06m/s，在半徑為在半徑為R=5.310-11m的圓周上作勻速圓周運動，試求這電子在的圓周上作勻速圓周運動，試求這電子在軌道中心所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度軌道中心所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B和電子的磁矩和電子的磁矩Pm。 （4 4）磁矩磁矩是一個重要的概念，其單位為是一個重要的概念，其單位為安培平方安培平方米米。原子內(nèi)電子的繞核軌道運動形成環(huán)形電流，則環(huán)形。原子內(nèi)電子的繞核軌道運動形成環(huán)形電流，則環(huán)形電流與電流包圍面積的乘積就是電流與電流包圍面積的乘積就是電子的軌道磁矩電子的軌道磁矩。解：電子作圓周運動時的速度與半徑處處垂直，解：電子作圓周運動時的速度與半徑處處垂直，RIB20RI2ev則則)(9 .391
9、03 . 5107106 . 1102221161970TReRBvB的方向由右手螺旋法則確定的方向由右手螺旋法則確定。電子軌道磁矩為電子軌道磁矩為)(103103 . 5106 . 110721212223111962AmeRRRISPmvevPm的方向由右手螺旋法則確定。的方向由右手螺旋法則確定。例例2 2邊長為邊長為0.2m的正方形線圈，共有的正方形線圈，共有50 匝，通以電匝，通以電流流2A ，把線圈放在磁感應(yīng)強度為，把線圈放在磁感應(yīng)強度為0.05T的均勻磁場中的均勻磁場中. . 問在什么方位時，線圈所受的磁力矩最大？等于多少？問在什么方位時，線圈所受的磁力矩最大？等于多少？解解sin
10、NBISM 得得max,2MMmN)2 . 0(205. 0502 NBISMmN2 . 0M問問 如果是任意形狀載流線圈，結(jié)果如何？如果是任意形狀載流線圈，結(jié)果如何？1.1.相對磁導(dǎo)率（相對磁導(dǎo)率（relative permeability) )決決定定其其大大小小由由磁磁介介質(zhì)質(zhì)的的性性質(zhì)質(zhì)介介質(zhì)質(zhì)的的相相對對磁磁導(dǎo)導(dǎo)率率, ,0/ BBr一、磁介質(zhì)一、磁介質(zhì)0BBB介質(zhì)磁化后的介質(zhì)磁化后的附加磁感強度附加磁感強度真空中某點真空中某點的磁感強度的磁感強度 磁介質(zhì)中該點磁介質(zhì)中該點的總磁感強度的總磁感強度第四節(jié)第四節(jié) 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性2.2.磁介質(zhì)磁介質(zhì)( (的分類的分類1.1.順磁質(zhì)（
11、順磁質(zhì)（paramagenetic substance) )1100rr,BB,BB同同向向，與與2.2.抗磁質(zhì)（抗磁質(zhì)（diamagnetic substance) )3.3.鐵磁質(zhì)（鐵磁質(zhì)（ferromagnetic substance) )不不是是常常數(shù)數(shù)同同向向，與與rr,BB,BB0011100rr,BB,BB反反向向，與與二、二、有磁介質(zhì)有磁介質(zhì)( (存在時的磁場存在時的磁場1.1.磁介質(zhì)中的畢奧磁介質(zhì)中的畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律200sin4rIdldBdBrr或或2sin4rIdldB2.2.磁場強度磁場強度( (magnetic field strength) )2si
12、n41rIdlBd畢奧畢奧- -薩伐爾定律可變?yōu)椋核_伐爾定律可變?yōu)椋毫盍畲艌鰪姸?，矢量磁場強度，矢量BH則則 2sin41rIdlHd；，1; 10010rrrAmT空氣中：空氣中：真空中：真空中：簡稱磁導(dǎo)率，單位：簡稱磁導(dǎo)率，單位：介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率，介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率，, ,說明：說明：A.A.當(dāng)起磁電流當(dāng)起磁電流I已知，介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度與介質(zhì)有關(guān)。已知，介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度與介質(zhì)有關(guān)。B B. .C:C: 磁場強度是一個與磁介質(zhì)無關(guān)的矢量，它的方向磁場強度是一個與磁介質(zhì)無關(guān)的矢量，它的方向和磁感應(yīng)強度方向相同；它是為了討論問題的方便而和磁感應(yīng)強度方向相同；它是為了討論問題的方便而引入的一個輔
13、助物理量。引入的一個輔助物理量。D:D: 單位：單位：A/m。3.3.磁介質(zhì)中的載流長直螺磁介質(zhì)中的載流長直螺線線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度管內(nèi)的磁感應(yīng)強度單位長度繞單位長度繞n匝的空心長直螺線管，電流為匝的空心長直螺線管，電流為I，管內(nèi)磁，管內(nèi)磁感應(yīng)強度大小為：感應(yīng)強度大小為：nIB00如管內(nèi)充滿相對磁導(dǎo)率為如管內(nèi)充滿相對磁導(dǎo)率為 的磁導(dǎo)率，則的磁導(dǎo)率，則r1000AmTnIBnIBBrrr磁磁導(dǎo)導(dǎo)率率，單單位位：則則 例例11 環(huán)行螺線管中心周長環(huán)行螺線管中心周長L=10cm,匝數(shù)匝數(shù)N=200, ,電流電流I=0.1A, ,求求(1)(1)管內(nèi)的磁感應(yīng)強度和磁場強度；管內(nèi)的磁感應(yīng)強度和磁場強度；(
14、2)(2)管內(nèi)管內(nèi)充滿充滿r=4200的磁性物質(zhì)時的磁性物質(zhì)時, ,磁感應(yīng)強度和磁場強度各是磁感應(yīng)強度和磁場強度各是多少？多少？ 解解( (1 1) )未放入磁性物質(zhì)時未放入磁性物質(zhì)時, , r=1. .在螺繞環(huán)中心取與環(huán)同心在螺繞環(huán)中心取與環(huán)同心的圓周為積分路徑，可知周長的圓周為積分路徑，可知周長為為L=0.1m. .根據(jù)安培環(huán)路定理：根據(jù)安培環(huán)路定理：Il dB00NILB00TILNB4700105 . 21 . 01 . 0200104100200mALNIBH( (2 2) )放入磁介質(zhì)放入磁介質(zhì), , r=42001000402001 . 1105 . 24200mABBBHTBBrr
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