清华大学大学物理经典课件——磁力(自学总结)

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1、1陈信义编第7章磁力自学总结电磁学（第三册）目录2【演示实验】磁体—磁体、磁体—电流、电流—电流存在磁力，洛仑兹力§7.1-§7.5总结一、演示实验二、带电粒子在磁场中的运动三、安培力公式四、磁场中的磁矩§7.6磁场是哪里来的？一、电场和磁场的相对论变换二、匀速运动点电荷的磁场（§8.2,教材P252）3一、演示实验导线中：定向运动的电荷磁体—磁体磁体—电流电流—电流存在磁力磁体中：分子电流磁力是运动电荷间的相互作用。§7.1-§7.54静静动动EqFrr=EqFrr=EqFrr=源电荷：定义磁场洛仑兹力5一些典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线圆形电流的磁感线6直螺线管电流的磁感线

2、环形螺线管电流的磁感线7回旋加速器（1939年）电子显微镜（1986年）量子霍尔效应（1985年）分数量子霍尔效应（1998年）四个诺贝尔物理奖：二、带电粒子在磁场中的运动因为电磁学方程是洛仑兹协变的，所以洛仑兹力满足力的相对论变换。洛仑兹力81、回旋加速器（cyclotron）qmvfR×B电子回旋周期与速度无关，所以带电粒子每次经过缝隙（电场区域）均被加速。~BBD形金属空腔带电粒子92、磁聚焦—电子显微镜螺距：（匀速运动）（圆周运动）螺旋线带电粒子每回旋一周所前进的距离d与v无关。带电粒子10螺距：均匀磁场中螺距相同的电子被聚焦：实际中用得更多的是短线圈产生的非均匀磁场的磁聚

3、焦作用，这种线圈通常称为磁透镜，它在电子显微镜中起了与光学仪器中的透镜类似的作用。113、磁约束横向磁约束：磁场越强，半径越小。在强磁场中，带电粒子被约束在一根磁感应线附近很小范围内，只能沿磁感应线作纵向运动。受控热核反应等离子体磁约束12纵向磁约束：带电粒子会像光在两面镜子间来回反射那样，被限制在两磁镜之间的范围内。磁场由弱到强的配置称为磁镜。磁镜磁镜带电粒子13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144、霍尔（Hall）效应在霍尔效应中，霍尔电阻与B成正比。IBbdv+qf+++

4、+++++++++++-----------UH霍尔电阻：霍尔电压15霍尔器件：检测载流子、测弱磁场等。【思考】载流子换成电子，UH的方向？IBv-e—++++++++++++++-----------f与正载流子情况相比，UH反向！16克利青(Klitzing)（1980）用电场使电子局限于半导体表面，形成二维电子气。低温（~K），强磁场（~10T）霍尔电阻量子化：5、量子霍尔效应（1985’NobelPrize）量子霍尔效应曲线17BRH234经典霍尔电阻磁场变化时霍尔电阻以台阶形式变化台阶高度等于物理常数h/e2除以整数n。h/e225k。下面带峰的曲线表示欧姆电阻，在每个平

5、台处趋于消失。18234量子霍尔效应191/32/51320.1K分数量子霍尔效应崔琦和施特默19821998’NobelPrize201998年诺贝尔物理学奖获得者之—崔琦美籍华人DanielC.Tsui1939生于河南分数量子霍尔效应21载流导线元在磁场中受的力—安培力证明：三、安培力Sn,q22粒子的磁矩：轨道磁矩+自旋磁矩1、磁矩：I2、磁矩在磁场中所受力矩I3、磁矩在磁场中的势能当pm和B垂直时取为零。四、磁场中的磁矩234、非均匀磁场中的磁矩所受合力不为零基态银原子的电子球对称分布:轨道磁矩＝0射线偏转，证实电子具有自旋磁矩！不均匀磁场s1s2SPN基态银原子斯特恩－盖拉赫实

6、验（1921）射线偏转24银原子束通过非均匀磁场后，分裂成两束斯特恩正在观测电子具有自旋磁矩电子具有自旋角动量自旋是相对论的量子力学效应，无经典对应。25§7.6磁场是哪来的？（教材P212）一、电场和磁场的相对论变换xuSSxzzE,BE,B设S系某地点的电场和磁场分别为和，求S'系该地点的电场和磁场？由洛仑兹力和速度的相对论变换得的相对论变换。如何求：26S系S'系的变换S'系S系的变换其中27S系：E(运动电荷的电场)，B=?二、匀速运动点电荷的磁场（§8.2,教材P252）S'系(电荷系)：E'(静电场)，B'＝0电场和磁场不是互相独立的，它们一起构成了一个统一的实体—电

7、磁场。EBv+qS系S'系28—纵向电场不变，横向电场增加到倍。因，则有：—匀速运动点电荷的磁场（注意）29q其中匀速运动点电荷的磁场：若v<