高中物理奥林匹克竞赛专题---稳恒磁场（共47张）

《高中物理奥林匹克竞赛专题---稳恒磁场（共47张）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一.匀速运动点电荷的磁场I=qnds设电流元Idl的横截面积为ds，导体单位体积内有n个带电粒子,每个粒子带有电量q，以速度沿Idl的方向作匀速运动，由10.7例题可知Idl=qndsdl=q.ndsdl一个运动电荷产生的磁场=rPIdldsI§11.5匀速运动点电荷的磁场在电流元Idl内运动的带电粒子数为dN=ndsdl1一个电荷q在磁场B中以速度运动时，该电荷所受的磁场力(也称为洛仑兹力)为洛仑兹力的大小f=qBsin式中:为电荷的运动方向与所在点磁场B的方向之间的夹角。洛仑兹力f的方向垂直于和B组成的平面。若q>0,则f的方向与B的方向相同;若q<0,则f的

2、方向与B的方向相反。+qfB§11.6磁力一.洛仑兹力用右手.2结论:由于洛仑兹力的方向总是与电荷的运动方向垂直,所以洛仑兹力对运动电荷不作功。1.带电粒子在匀强磁场中的运动因为洛仑兹力f=qBsin=0，所以带电粒子在磁场中作匀速直线运动。带电粒子作匀速率圆周运动。圆周运动的半径和周期分别为BB^^B/3螺距半径周期B=cos^=sin这两种运动叠加的结果是粒子以B的方向为轴线作等螺距螺旋线运动(见图)。4磁聚焦示意图P点电子束的各电子速度大小相等，但方向各异；一般来说，电子速度与磁场的夹角很小。螺距P点出发的各电子经过一个周期T后，都又会重聚于同

3、一点P′.这就是磁聚焦的基本原理。它已广泛地应用于电真空器件中,特别是电子显微镜中。52.霍耳效应1879年,霍耳(A.H.Hall)发现下述现象:在匀强磁场B中放一板状金属导体,使金属板面与B的方向垂直,在金属板中沿着与磁场B垂直的方向通以电流I,则在金属板上下两个表面之间就会出现横向电势差VH(见图)。这种现象称为霍耳效应,VH称为霍耳电势差。bIBa上下两个表面之间的电场用EH表示。产生霍耳效应的原因：金属中的自由电子受洛仑兹力的作用。VHfm6达到稳恒状态时，-eEH=-eB即EH=BVH=EH.a=aBI=ne式中b是导体在磁场方向的厚度。霍耳效应不只在金属导体中产

4、生,在半导体和导电流体(如等离子体)中也会产生。得bIBaVHfmab7金属导体中形成电流的载流子是带负电的自由电子；在N型半导体中的多数载流子仍是带负电的电子，但在P型半导体中的多数载流子却是带正电的空穴。通过对霍耳电势差的实验测定,可判定半导体的类型,还可以用下式计算出载流子的浓度。用霍耳效应来测磁场，是现在一个常用的比较精确的方法。8例题半导体的大小a×b×c=0.3×0.5×0.8cm3,电流I=1mA(方向沿x轴),磁场B=3000Gs(方向沿z轴)，如图所示；测得A、B两面的电势差uA-uB=5mv,问:(1)这是P型还是N型半导体？(2)载流子浓度n=?解(1)由uA>

5、uB,(2)由公式代入I=10-3A,B=0.3T,b=0.3×10-2m,VH=5×10-3v,得：n=1.25×1020个/m3。IabcxyzBAB判定是N型。9大小：dF=IdlBsin即：dF的方向垂直于Idl和B组成的平面，指向由右手螺旋确定。IdlBF实验表明:电流元Idl在磁场B中受的作用力(安培力)为方向：二、安培力10对于放置在均匀磁场中长度为l的直载流导线,其所受的安培力为其大小：F=IlBsin=Il×B方向：对载流导体，可分为若干电流元积分：IBab=ab11例题在均匀磁场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

6、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。力的大小：F=IlBsin力的方向:垂直纸面向外。IBabIdl直载流导线受的安培力:l12又如，匀强磁场中的导线：圆弧受的力：力的方向垂直纸面向外。RBaboIoRIabB直载流导线受的安培力:圆弧受的力：13例题如图所示，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。解由于每个电流元受力方向相同(如图示)，由公式dF=IdlBsin得M=I2I1dABdFxdx14例题将半径R的圆电流I1置于无限长直电流I2的磁场中,长直导线与圆电

7、流直径重合且相互绝缘,求圆电流I1所受的磁力。解在圆电流上取电流元I1dl,由对称性可知，圆环受的合力沿x轴的正方向,而大小为F=xyoI1I2dFxRyI1dldFI1dl此电流元受磁力的方向沿半径指向圆外,其大小为15一个刚性矩形平面载流线圈处于匀强磁场中，如图所示，求它受的力和力矩。f1f2f2´由F=IlBsin，可知：ab:f1=bc：f2=Il2B,方向垂直纸面向外;da：f2´=Il2B,方向垂直纸面向内。可见，ab和cd边