[理化生]第9章磁場課程講解(留存版)

　　

【正文】 定義 該方向為磁感應強度的方向 當運動電荷電量、速度一定時，運動電荷的運動方向與磁感應強度的方向垂直時，受到的磁場力最大 maxF磁感應強度的單位： T（ 1T=10000Gs） F???q物理系：史彭 大學物理：磁場 的關系 F?BqF ??? ??? ?（ 3）磁場力 與磁感應強度 B?—— 洛侖茲力公式 B???? 的方向 洛侖茲力的大小 ?? s inBqF ???B?F??q?? ??0洛侖茲力的方向 注意電荷為負時，力的方向取逆方向 物理系：史彭 大學物理：磁場 靜電場二作業中的 問題 抄作業有什么好處？ 物理系：史彭 大學物理：磁場 二 .填空題 : ，一等邊三角形邊長為 a，三個頂點上分別放置著電量為 q,2q,3q的三個正點電荷。 L1I2IP3I4I43 I,I物理系：史彭 大學物理：磁場 ? ? ?? L i lB ?? d 010 ?? ??kiiI? —— 安培環路定律 恒定電流的磁場中，磁感應強度沿一閉合路徑 L 的線積分等于路徑 L 包圍的電流強度的代數和的 0 μ 倍 內IμlBL 0d ?????? ?? ??? L iL lBlB ???? dd則磁場環流為 包圍的電流 物理系：史彭 大學物理：磁場 (1) 積分回路方向與電流方向呈右螺旋關系 滿足右螺旋關系時 0?iI 反之 0?iI(2) 磁場是有旋場 —— 電流是磁場渦旋的軸心 (3) 安培環路定理只適用于閉合的載流導線，對于任意設想的一段載流導線不成立 ? ?L lB ?? d ? ?? ??? L laI dc o sc o s4 210 ???圖中載流直導線 , 設 4/21 ??? θθaaI ??? 22224 0? 20 I?? I0??例 討論 則 L 的環流為 : a?IL 1?2?物理系：史彭 大學物理：磁場 例 求無限長圓柱 面 電流的磁場分布。B?P abc d??????????????dacdbcablBlBlBlBlB??????????ddddd?? ?? dcba lBlB ddBab2? abi0??2/0 iB ??推廣： 有厚度的無限大平面電流 2/0 jdB ??jxB 0??? 在外部 ? 在內部 jdx 物理系：史彭 大學物理：磁場 磁場一作業提示 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 .選擇題 : 2 如圖所示：邊長為 a 的正方形四個角上固定有四個電量均為 q 的點電荷 。 帶電粒子在磁場中的運動 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 (1) 洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直，故 討論 對電荷不作功 f?(2) 在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在 me ffF ??? ?? BqEq ??? ??? v tp d/d??二 .帶電粒子在均勻磁場中的運動 ? B???vB? f? qRmBq22s i nvv ??qBmR v?qBmRT ???? 22v mqBf?? 2? 粒子回轉周期與頻率 情況 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 ? 一般情況 B?//v?vh??c o s// vv ??s invv ??帶電粒子作螺旋運動 qBmqBmR ?s i nvv ?? ?qBmTh ?c o s2//vv ???? 磁聚焦原理 B?粒子 源 A vv ?// ?vv ??? 很小時 qBmTh vv ??? 2//接收 器 A’ 發散角不太大的帶電粒子束，經過一個周期后，重新會聚 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 （ 1）電子將何方向偏轉？ 例 求 解 （ 2）電子的加速度 （ 1）由 0, ??? qBqF ??? ?磁場方向如圖所示， B=?105 T，電子以 Y 方向入射，其動能為 EK=?104 eV （ 3）電子向 Y 方向運動 20cm 處，向 X 方向轉移多少？ Y ??Z X R O x y B?入射時向 X 方向偏轉 （ 2） mEmE KK221 2 ??? ?? ????? msmBemFa ?（ 3） meBmR ?? ?由 222)( RyxR ??? mmyRRx 22 ????物理系：史彭 大學物理：磁場 霍爾效應 1879年 霍爾發現在一個通有電流的導體板上，若垂直于板面施加一磁場，則板面兩側會出現微弱電勢差 (霍爾效應 ) Bqf m ??? ?? v電場力 : 洛倫茲力 : 實驗結果 dIBKU ab ?受力分析 v?l d I B?a b qmf?E?Eqfe ?? ?(方向向下 ) (方向向上 ) + + + + – – – – 物理系：史彭 大學物理：磁場 0)( ??? BqEq ??? v當達到動態平衡時： dnq vl? nqdIBUab ? nqK1?BE h v?lEU hab ? Blv? (霍耳系數 ) SnqI v?它是研究半導體材料性質的有效方法 （ 濃度隨雜質、溫度等變化 ） 討論 (1) 通過測量霍爾系數可以確定導電體中載流子濃度 物理系：史彭 大學物理：磁場 (2) 區分半導體材料類型 —— 霍爾系數的正負與載流子電荷性質有關 B?+ + + + – – – – abba uu ?ab+ + + + – – – – ba uu ? 0?K0?KI Ivq?N 型半導體 P 型半導體 vq?B?高溫導 電氣體 B?沒有機械轉動部分造成的 能量損耗 —— 可提高效率 特點： (3) 磁流體發電 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 . 磁介質及其分類 1. 磁介質 —— 任何實物都是 磁介質 磁介質放入外場 0B?rBB ??0r?—— 相對磁導率 反映磁介質對原場的影響程度 0B?B??B?磁介質產生“磁化場” B??可同向，可反向 磁介質中的磁場 B?0BB r??（各向同性介質） BBB ??? ??? 0167。0 BBB ??? ??磁介質存在時，磁感應線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線 (含磁介質的磁高斯定理 ) 對于任意閉合曲面 S ? ?S SB ?? d ?? ???? SS SBSB ???? d39。 電流 I 在銅片上均勻分布 ， 在銅片外與銅片共面 ， 離銅片右邊緣為 b 處的 p 點（ 如圖 ） 的磁感應強度的大小為 [ ] x b a x dx dx中電流 ? ?? dBBdxaIdI ?dx產生的 ? dB = ? 無限長直電流 物理系：史彭 大學物理：磁場 4. 在半徑為 R 的長直金屬圓柱體內部挖去一個半徑為 r 的長直圓柱體 ,兩圓柱體軸線平行，其間距為 a, 如圖 .今在此導體上通以電流 I ，電流在截面上均勻分布，則空心部分軸線上 o‘點的磁感應強度 B 的大小為 I O R a O180。當用導線將兩者連接后，則與未連接前相比，系統靜電場能將 : q 連接后： 內區能量為 0，外區能量未變 連接后總 能量減少 物理系：史彭 大學物理：磁場 3. A、 B為兩導體大平板，面積均為 S，平行放置，如圖所示。（選無窮遠處為電勢零點）。 1 2 30012344 rVEr r ?????? ??01 3??rE ?2區 02022 344?????RQEr ??2032 3 rRE???? ??? Rr rRab a b drEdrEu 21 )23(63220 ba rRrR ?????R是變量 ! 不是固定值 ! 物理系：史彭 大學物理：磁場 2. 電荷密度分別為 +σ和 σ的兩塊“無限大”均勻帶電平行平面分別與 X軸垂直相交于 X1=a, X2=a 兩點。 21111CCC??2/01 dSC ??2/02 dSC r???dSC 00??0012)1(2 CdSCrrrr????????? 012 CUQrr??????未插入前的電容 二、填空題： 物理系：史彭 大學物理：磁場 3. 一空氣平行板電容器，電容為 C，兩極板間距離為 d。 原模型和 I180。 若 r R（ 大線圈在小線圈處產生的磁場近似為均勻磁場 )， 當它們處在同一平面內時小線圈所受磁力矩的大小為 [ ]。 在電流上任取電流元 lI ?d)()(dd kBjdyidxIBlIF ?????? ??????lI?dF?diI B d yjI B d xF ??? ??djI B LF ?? ?例 在均勻磁場中放置一任意形狀的導線，電流強度為 I 求 解 相當于載流直導線 F?在勻強磁場中受的力，方向沿 y 向。 d d/2 q1 q2 主要問題是感應電荷有負號！ A C B 三、計算題： 物理系：史彭 大學物理：磁場 3. 長為 L 的兩個同軸的圓柱面 ， 半徑分別為阿 a 及 b ， 且 ， Lb， 這兩個圓柱面帶有等值異號電荷 Q， 兩圓柱面間充滿介電常數為 ε的電介質 。 P 點上選 LPl?dB?物理系：史彭 大學物理：磁場 rIB?? 20??? L lB dc o s ?? ?? L rrI ?? d2 0? ?L lB ?? dI