[理化生]第9章磁場課程講解-資料下載頁

　　

【正文】 ?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。 物質的磁性 物理系：史彭 大學物理：磁場 2. 磁介質的分類 順磁質 抗磁質 1?r? 減弱原場 0BB ?1?r? 增強原場 0BB ?如 鋅、銅、水銀、鉛等 如 錳、鉻、鉑、氧等 弱磁性物質 順磁質和抗磁質的相對磁導率都非常接近于 1 鐵磁質 )10~10( 421??r? 通常不是常數 具有顯著的增強原磁場的性質 —— 強磁性物質 0BB r??物理系：史彭 大學物理：磁場 二 . 磁化機理 原子中電子的軌道磁矩 1. 安培分子環流的概念和方法 電子的自旋磁矩 分子磁矩 所有電子磁矩 的 總 和 mP?抗磁質 0?mP? 無外場作用時，對外不顯磁性 順磁質 0?mP? 無外場作用時，由于熱運動，對外也不顯磁性 物理系：史彭 大學物理：磁場 2. 磁介質的磁化 抗磁質磁化 在外場作用下，每個分子中的所有電子都產生感應磁矩 mP??磁介質產生附加磁場與外場方向 相反 分子環流在外場作用下 ， 產生取向轉動 ， 磁矩將轉向外場方向 —— 宏觀上產生附加 磁 場 與 外 場 方 向 相同 順磁質磁化 1?r? 0BB ?0B?B??B?B??B?0B?0BB ?1?r?物理系：史彭 大學物理：磁場 三 . 有磁介質的磁高斯定理 39。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。d0 0?0d ???S SB ??物理系：史彭 大學物理：磁場 四 . 有磁介質時的安培環路定理 1. 束縛電流 0B?以無限長螺線管為例 順 磁 質 0I0ISI在磁介質內部的任一小區域： 相鄰的分子環流的方向相反 在磁介質 表面 處各點： 分子環流未被抵消 形成沿表面流動的面電流 SI —— 束縛電流 結論： 介質中磁場由傳導和束縛電流共同產生 物理系：史彭 大學物理：磁場 2. 磁介質中的安培環路定理 （各向同性介質） 000 d IlBL ??????? 無磁介質時 ? 加入磁介質時 0BB r???? ????? LrLrIlBIlB 0000 dd????????定義磁場強度 0d IlHL ????? (磁介質的安培環路定理 ) rBH?? 0??? （各向同性介質） 物理系：史彭 大學物理：磁場 MBH ?????0?磁介質內磁場強度沿所選閉合路徑的環流等于閉合積分路徑所包圍的所有傳導電流的代數和。 對于各向同性介質，在外磁場不太強的情況下 HμHμμB r ??? ?? 0解題方法：先用安培環路定理求 磁場強度 ，后再 求磁感應強度 非各向同性介質 BH ?? ?物理系：史彭 大學物理：磁場 無限長載流圓柱體，其內外相對磁導率分別為 21, rr ??例 求 解 在圓柱體 內 區域中，選環路 L IrHlHL ????? 2d 22 ?? rIH ?? 2/2磁場強度和磁感應強度 RIr2H?rIHB rr ??? 2202202????2r? 1r?L根據磁介質的安培環路定理 在圓柱體 外 區域中，選環路 L 1H?LrRLSS IIrHlH ??????? 內2d 11 ??根據磁介質的安培環路定理 21 2 RIrH??2101101 2 RIrHB rr ??????? 非 無限長載流圓柱體如何？ 物理系：史彭 大學物理：磁場 磁場二作業提示 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 .選擇題 : BnISBpM mm ????? ????判定大圓在圓心出磁感應強度方向和小圓法線方向 2. 有兩個同心圓線圈 ， 大圓半徑為 R ， 通有電流 I1；小圓半徑為 r ， 通有電流 I2 ， 方向如圖 。 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 [ ]。 I1 I2 R r 物理系：史彭 大學物理：磁場 3. 如圖 ,一個電量為 +q、質量為 m 的質點，以速度 ? 沿 x 軸射入磁感強度為 B 的均勻磁場中，磁場方向垂直紙面向里，其范圍從 x=0 延伸到無限遠，如果質點在 x=0 和 y=0 處進入磁場，則它將以速度 ? 從磁場中某一點出來，這點坐標是 x=0 和 [ ]。 x y BqF ??? ?? ?qBmR ??判定入射時電子偏轉方向 判定出射時縱向坐標 B ? O 物理系：史彭 大學物理：磁場 二、填空題： 角度 = ？磁力矩表達式中含速度 20224 rermmaf n??? ???reeeI?????22 ???2. 氫原子中 ， 電子繞原子核沿半徑為 r 的圓周運動 ， 它等效于一個圓形電流 ， 如果外加一個磁感應強度為 B 的磁場 ， 其磁力線與軌道平面平行 ， 那么這個圓電流所受的磁力矩的大小 M = 。 (設電子質量為 m ,電子電量的絕對值為 e )。 BpM m ??? ??求出速度，代入磁力矩表達式，消速度 B r 物理系：史彭 大學物理：磁場 三、證明題： 如圖 ,一條任意形狀的載流導線位于均勻磁場中 ,試證明它所受的安培力等于載流直導線 ab所受的安培力 . x y )()(dd kBjdyidxIBlIF ?????? ??????iI B d yjI B d xF ??? ??d??? ??? 000dF I B d yiI B d xjF L ????建立 “ 傾斜 ” 坐標系 物理系：史彭 大學物理：磁場 四、問答題： 圖中曲線是一帶電粒子在磁場中的運動軌跡 ,斜線部分是鋁板 ,粒子通過它要損失能量 .磁場方向如圖 .問粒子電荷是正號還是負號 ?說明理由 . 由上下區圓弧半徑大小 ? 判斷速度大小 ? 判別粒子是從哪一區進入哪一區 BqF ??? ?? ?根據通過鋁板進入第二區時的偏轉方向，判別電荷正負 物理系：史彭 大學物理：磁場 上堂課講授的主要內容 帶電粒子在均勻磁場中的運動 B???v qBmR v?qBmRT ???? 22v mqBf?? 2粒子回轉周期與頻率 情況 一般情況 帶電粒子作螺旋運動 qBmqBmR ?s i nvv ?? ?qBmTh ?c o s2//vv ???物理系：史彭 大學物理：磁場 外磁場中的磁介質 0BB r??BBB ??? ??? 0含磁介質的磁高斯定理 0d ???S SB ??