5章恒定电流的磁场.ppt

5.4.5 均匀载流无限大平面的磁场 一块载有恒定电流的金属平板，其电流密度 在板内为常矢量， 且平行于板的一边。 定义面电流密度 设板的厚度为d，则长度为l的一段相应的 面积为ld上的电流为I=Jld，当场点远大于d时， 认为电荷集中于一个无厚度的平面上。 为常矢量场的无限大平面成为均匀载流无限大平面。 (与 垂直的单位长度上的电流) l Z 载流面 下面计算它的磁场B 取直角坐标系，在载流面两侧对称地任取两点 和 ，由对称性可知，过 （或 ）并与载流面平行的平面上各点的B相等。 设其与载流面平行的边长为l ，则由安培环路定理得 由对称性和毕-萨定律知， §5.5 带电粒子在电磁场中的运动 5.5.1 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动 电场力 磁场力（洛仑兹力） 磁场对运动电荷的作用 特点：不改变 大小，只改变 方向. 不对 做功. 大小： 方向：垂直于（ ）平面 方向 方向 q0 + q0 - 1. 在均匀磁场 匀速直线运动 周期与速度无关 q0 匀速圆周运动 q0 R 周期 半径 (1) (2) 螺距 底面半径 （3） 与 成 角 螺旋运动 q R 2. 带电粒子在电磁场中的运动 匀速 直线 运动 匀强电场 匀强磁场 与 夹 角 与 夹 角 匀速率圆周运动 等螺距螺旋线运动 匀变速 直线运动 类平抛 类斜抛 5.5.2 磁聚焦 具有轴对称性的磁场对电子束说来起着透镜的作用 磁透镜 电子显微镜 开创物质微观结构研究的新纪元。 均匀磁场，且 很小： 带电粒子作不同半径的螺旋线运动，螺距 h 近似相等，带电粒子经过距离h又重新汇集——磁聚集。 电子枪发射的电子以各种不同的初速度进入近似均匀的恒定磁场B 电子枪的构造保证初速度的大小近似相等，速度和磁场的夹角足够小 用于产生高能粒子的装置，其结构为金属双 D 形盒，在其上加有磁场和交变的电场。将一粒子置于双 D形盒的缝隙处，在电场的作用下，能量不断增大，成为高能粒子后引出轰击靶. ~ 5.5.3 回旋加速器 劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家，因为发明和发展了回旋加速器，以及用它得到人工放射性元素获得1939年诺贝尔物理奖。 右图是真空室直径为10.2cm的第一台回旋加速器。 历史之旅 目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。 世界第二大回旋加速器在欧洲加速中心，加速器分布在法国和瑞士两国的边界，加速器在瑞士，储能环在法国。产生的高能粒子能量为280亿电子伏特。 欧洲核子研究中心(CERN)座落在日内瓦郊外的加速器：大环是直径8.6km的强子对撞机，中环是质子同步加速器。 5.5.4 汤姆逊实验—电子荷质比的测定 利用电子(或其它带电粒子)在磁场中偏转的特性，可以测定出它们的电荷与质量之比，即所谓荷质比。荷质比是带电微观粒子的基本参量之一。 1897年汤姆逊用静电场与磁场的结合，测出了阴极射线粒子的荷质比。虽然在汤姆孙实验中只测出这种粒子的荷质比,而不是电荷和质量本身，在一定意义下仍可以说这是历史上第一次发现电子，单独测出电子电荷的任务是12年后密立根在油滴实验中完成的。 A K P P S 5-30 。 5.5.5 霍耳效应 霍耳 在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差 。 若载流子为正电荷 d l I v V 霍耳电压UH - - - - - 霍耳系数 §5.6 磁场对载流导体的作用 一段载流导线上的力—安培力 5.6.1安培力公式 1个载流子受力 N个载流子受力 I 1 2 电流元 安培力是洛仑兹力的宏观表现 一般磁场中，一段载流导线受力： 1)直导线 2)任意导线 I I l r 结论：一段任意弯曲的载流导线放在均匀磁场中所受的磁场力，等效于弯曲导线起点到终点的矢量在磁场中所受的力. 二者结果一样 均匀磁场中的闭合线圈 F = 0 匀强磁场情况 将dl 分成水平和垂直方向 5.6.2 载流线圈在均匀外场中的安培力矩 F 1 B F 4 F 2 F 3 I I 5-35 B与线与法矢平行 1) 当B与线圈平面垂直，各对应边受 力等值反向，合力及合力矩都为零。 可知， 2、4边受力形成力矩；1、3边所受安培力为零。 由 2) 当B与1、3边平行