04-6-第6章-磁力-电磁学-大学物理-海南大学

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1、第6章磁力一、磁力与电荷的运动二、磁场和磁感应强度三、带电粒子在磁场中的运动四、霍尔效应五、载流导线在磁场中受的力一、磁力与电荷的运动1.磁性天然磁铁（FeO）或人造磁铁具有能吸引34铁、钴、镍等物质的特性：磁性；磁铁具有磁极：N极、S极，N极、S极同时存在，不可分割（磁单极子不存在）；磁极之间有相互作用力：磁力。同号磁极相斥，异号磁极相吸。一、磁力与电荷的运动2.历史战国时期（公元前300年）有“磁石”等记载东汉时期王充：“司南”指南的记载描述；11世纪：指南针；1819年：奥斯忒发现电流对小磁针的作用；一、磁力与电荷的运动1

2、820年：安培发现磁铁对载流导线或载流线圈的作用；磁铁对阴极射线的作用；平行的载流导线之间的相互作用；1822年：安培分子电流观点：认为一切磁现象的根源是运动的电荷（即电流）。一、磁力与电荷的运动3.磁力产生的根源永磁体分子电流结论：磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。二、磁场和磁感应强度1.磁场运动电荷在其周围空间除了产生电场，还产生了磁场。运动电荷磁场运动电荷二、磁场和磁感应强度2.运动电荷受的力电场力FqEe洛仑兹力（实验规律）FmvqB二、磁场和磁感应强度洛仑兹力公式FqEvqB电场力，与电荷

3、磁场力，运动的运动状态无关电荷才受磁力二、磁场和磁感应强度3.确定B的大小与方向的实验步骤将检验电荷q置于电流或者永磁体附近某点q静止Feq以某一速度运动FFFmeq沿某一方向（或其反方向）运动不受磁力B的方向二、磁场和磁感应强度q沿任意方向运动时，发现Fv,FBmm规定B的方向满足右手螺旋定则。二、磁场和磁感应强度发现FB的大小mBqvsinFqvBsinm记作FvqBm二、磁场和磁感应强度4.磁感应强度B是描述磁场中各点磁场的强弱和方向的物理量，是矢量点函数。若磁场

4、中各点都相同，则称该磁场为匀强磁场。单位特斯拉简称为特（T）高斯（G）1G=10-4TP.198表7.1二、磁场和磁感应强度4.磁通量磁感应线（B线）P.199二、磁场和磁感应强度磁通量BdSS等于通过该面积的磁感应线的总根数。磁通量单位韦伯简称为韦（Wb）1Wb=1Tm2故磁感应强度单位也可写成1T=1Wb/m2三、带电粒子在磁场中的运动1.带电粒子速度与磁场垂直FvqBmB大小FqvBsinmqvBFmv方向始终与电荷的运动方向垂直三、带电粒子在磁场中的运动回旋半径RB2vFqvBmm

5、FRmmvvRqB2m回旋周期TqB三、带电粒子在磁场中的运动2.带电粒子速度与磁场不垂直FvqBvvmB沿磁场方向vF0//粒子作匀速运动m垂直磁场方向2v粒子作匀速圆周运FqvBmm动（回旋运动）R三、带电粒子在磁场中的运动粒子总的运动是一个轴线沿磁场方向的螺旋运动vvhBv//三、带电粒子在磁场中的运动螺旋线半径vvmvmvsinRBqBqBv//回旋周期2R2mhTvqBB螺旋轨迹的螺距2m2mhvTvvcos////qBqB三、带电粒子在

6、磁场中的运动3.带电粒子在磁场中运动举例磁聚焦一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上具有大致相同的速度分量时，它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。三、带电粒子在磁场中的运动磁镜（或磁塞）在非均匀磁场中,磁场较强的地方，回旋半径和螺距都较小。带电粒子所受洛伦兹力恒有一指向磁场较弱方向的分量阻碍其继续前进，就象遇反射镜一样。这种强度逐渐增强的磁场称为磁镜。三、带电粒子在磁场中的运动磁约束两个电流方向相同的线圈产生中间弱两端强的磁场。带电

7、粒子被束缚在两个磁镜间的磁场内来回运动而不能逃脱。这种束缚带电粒子的磁场称为磁瓶。三、带电粒子在磁场中的运动范艾仑辐射带和北极光地球的磁场与一个棒状磁体的磁场相似，地磁轴与自转轴的0交角为11.5，地磁两极在地面上的位置是经常变化的。三、带电粒子在磁场中的运动从赤道到地磁的两极磁场逐渐增强，因此地磁场是一个天然的磁约束捕集器，它使来自宇宙射线和“太阳风”的带电粒子围绕地磁场的磁感应线做螺旋运动，而在靠近地磁南、北两极处被反射回来。这样，带电粒子就在地磁南、北两极之间来回振荡，直到由于粒子间的碰撞而被逐出为止。三、带电粒子在磁场中的运动被

8、地磁场捕获的罩在地球上空的质子层和电子层，形成范·阿仑(VanAllen）辐射带。范·阿仑辐射带有两层内层地面上空800km-4000km外层在60