115-116 带电粒子在磁场中的运动磁场对载流导线的作用解析

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大学物理磁场对载流导线的作用解读

1. 分析 (1)条件 ① B 均匀磁场 ② 平面线圈
平面载流线圈电流I的方向
en a
2
o 1
b

I c
B
a→b → c → d → a
d o'
ab cd 1 ad bc 2
b(c) 俯视图 1 B a(d)
(2)安培力 ① ab 、 cd M: F1 F2 BI1 sin D: F1 , F2 反向且在一条直线上 ② ad 、 bc
s
dF Id B
②表述磁场对电流元 Id 作用的力，在数值上对于电流元的大小、电流元所在处的磁感强度大小以及电流元 Id 和磁感强度 B dF 之间的夹角的正弦之乘积。 ③说明 B Id dF Id B
D:RHR M: dF I d Bsin F dF LId B
---------Principle of Superposition
3. 特殊结果 (1)长直载流导线在均匀磁场中
dF Id B
M: dF I d Bsin D: RHR dF
L I F B
F dF I d B sin IB sin d
2. 说明 (1) parallel currents-----------attract anti-parallel currents-----repel (2) Follow the third law (3) the unit of I dF12 0 I1I 2
14-4-4 磁场对载流线圈的力矩（Torque on A Current Loop）
o
(2) 磁力矩

磁场对载流导线的作用

dN
个电子通过导线界面时间为
dt，根据电流的定义
I
dq dt
(dN )e dt
，得
Idl
(dN )e dt
dl
(dN )e
dl dt
(dN )ev
因为电流的方向与电子的运动方向相反，即 Idl (dN)ev
将上式带入 dF 的表达式，可得电流元所受的磁力为 dF Idl B
磁场对电流元的作用力等于电流元与电流元所在处磁感应强度的矢积。这一规律首先是由安培在实验中得到的，故称为安培定律。载流导线在磁场中受到的力称为安培力。
定义载流线圈磁矩 m 的大小为 m NIS
取 m 的方向与线圈平面的法向一致。
若用 en 表示线圈法向的单位矢量，遵循右手螺旋法则，则载流线圈的磁矩为 m NISen
由此得到载流线圈所受的磁力矩大小为 M mBsin
用矢量表示为 M m B ，磁力矩的方向与 m B 的方向一致。
磁场对载流导线的作用 1.2 磁力矩
【解】在载流导线上任取一电流元 Idl，该电流元所受的安培力大小为 dF IBsin dl IBdl 该力 2
的方向沿矢径向斜向上。由于对称性，半圆上各电流元受到的安培力沿 x 轴的分量相互抵消，所以整个
半圆弧所受的合力方向竖直向上。 F Fy =
/2
/2
IBsindl 2 IBRsind 2IBR sind 2IBR
L
0
0
整个弯曲导线所受的安培力可等效为从起点到终点连成的直导线通过相同的电流时所受的安培力。
可以证明，此结论对匀强磁场中的任意形状载流导线均成立。
磁场对载流导线的作用
1.2 磁力矩
如图所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一刚性矩形线圈 ABCDA，其边长为 l1 和 l2 ，通有电流 I。设线圈平面的法向矢量 en （ en 的方向与电流的流向遵循右手螺旋关系）与磁感应强度 B 之间的夹角为。

电子磁场对载流导体的作用

b
a c
d
思考
▪ 线圈为什么会在磁场里发生转动？ ▪ 线圈为什么停止在与磁场方向垂直的位置
不动？
▪ 通电线圈在磁场中受到力的作用。 ▪ ab段电流方向由a向b，用左手定则判断；受力方向向
上，cd段电流方向由c向d，受力方向向下，而构成一对力偶；
▪ 这样就使得线圈abcd绕轴线顺时针转动。
通电线圈abcd转动到与磁场方向垂直的位置时，上下两根导体的力大小相等，方向相反，受力平衡，在这个位置停下。
例：Ｐ84页第8题
I
α
磁力线与线圈平面的夹角
应用实例：
磁电式仪表表头工作原理
1. 结构
(1) 固定部分
马蹄形永久磁
铁、极掌NS及圆
柱形铁心等。
指针
(2) 可动部分铝框及线圈，两
I
根半轴O和O，螺
旋弹簧及指针。
O' 线圈
N
S
永久磁铁 O
螺旋弹簧
I
圆柱形铁心
极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。
若导体与磁场的夹角为90度，相互垂直。即sinα=1，则有：
F BIl
显然最大
当平行时， F=0
例1：在磁场中某一点,放入一根通电导线,导线与磁场方向垂直,导线长 1cm,电流为5A,所受安培力为5×102N,问
这点的磁感应强度为多大?
解：
B
F Il
510 2 5110 2
1(T )
2、电磁力的方向
平衡时，可动部分停止转动，此时有
Ｍ = ＭC
当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即MC= M时，可转动部分便停止转动， M= k1I ， MC= k2 。

磁场对载流导体的作用

磁场对载流导体的作用磁场是物质与电磁场相互作用的一种现象，它对载流导体的作用十分重要。

当电流通过载流导体时，会产生磁场，而磁场的存在又会影响导体本身以及周围环境。

本文将就磁场对载流导体的作用进行探讨。

一、洛伦兹力的作用当电流通过载流导体时，磁场对导体中自由电子的运动方向施加一个垂直于电流方向和磁场方向的洛伦兹力。

根据右手定则，电子将偏转到与电流方向和磁场方向垂直的方向，形成电子漂流。

而洛伦兹力也是电动力计和霍尔效应的基础。

在实际应用中，这个力对于电磁铁、电动机、变压器等设备的正常运行起着至关重要的作用。

例如，电动机的旋转就是通过利用导体在磁场中受力而产生的机械运动来实现的。

二、磁感应强度的作用磁感应强度是磁场的物理量，用符号B表示。

磁感应强度的大小决定了磁场的强弱程度。

当电流通过载流导体时，根据安培定则，磁感应强度的大小与电流强度成正比，与载流导体的长度成反比。

磁感应强度的作用表现在许多方面。

首先，它影响载流导体周围的磁场分布。

其次，磁场的方向与磁感应强度方向一致，可以用来确定磁场的方向。

此外，磁感应强度也是磁场中一些重要物理量的计算基础，例如磁通量。

三、感应电动势的作用根据法拉第电磁感应定律，当载流导体与磁场相对运动或磁场发生变化时，导体中会产生感应电动势。

这个现象广泛应用于发电机、变压器等设备中。

感应电动势的大小与磁感应强度的变化速率以及导体的几何形状有关。

感应电动势的作用可见于各种电器设备中。

例如，发电机通过导体与磁场的相对运动产生感应电动势，将机械能转化为电能。

而变压器则通过磁场的变化来调整电压大小，实现电能的传输和变换。

四、磁化效应的作用载流导体在磁场中也会发生磁化效应。

当磁场的强度足够大时，导体内的电子受到力的作用而形成自旋磁矩，导致导体整体呈现磁性。

这种现象被称为磁化。

磁化效应的作用在于为实际应用中的电磁设备提供了基础。

例如，磁化效应可用于制造磁铁，用于吸附物体、辅助定位等。

另外，它也是电磁感应定律中感应电动势产生的原理之一。

09磁场对运动电荷及载流导线的作用分解

粒子竖直向下运动穿过狭缝进入下方磁场 B ′；
7
在 B’ 中作圆周运动的轨道半径
为： R mv qB '
(2)同位素
E
- -Fe -
B
+ fL+ v+
速度选择器
有相同的质子数和电子数，
但中子数不同的元素。它们的化学性质相同，无法用化学的方向将它们分离开。
B’
R
由 R mv 知:
周运动，在平行于磁场的方向
上作匀速直线运动。
播放动画
4
螺距h：螺线上相邻两个圆周的对应点之间的距离。
h v//T v cos T
T 2m
qB
h 2mv cos
qB
v v
v //
h
B
5
* 磁聚焦
一束发散角不大的带电粒子束，若这些粒子沿磁场方向的分速度大小又一样，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叫磁聚焦。
场的共同作用。
EB
- +
-Fe
-
v
fL
+ +
速度选择器
当粒子速度较小时，电场力大于洛伦兹力，粒子
向左偏转被左极板吸收。
当粒子速度较大时，电场力小于洛伦兹力，粒子向
右偏转被右极板吸收。
当粒子速度满足电场力等于洛伦兹力时，通过调整E
Fe fL , qE qvB,
v E B
和B可选择
粒子速度。
B
h
v// v cos v, v v sin v
它广泛应用于电真空器件中如电子显微镜中。它起了光学仪器中的透镜类似的作用。

大学物理课件-磁场对载流导线的作用

载流导线在磁场中会受到力的作用，这种力被称为安培力。安培力是由于导线中的自由电子与晶格之间的相互作用，使得导线在宏观上表现出受到磁场力的作用。安培定律是关于电流元在பைடு நூலகம்场中受力的基本规律，它表述为：一个电流元在磁场中所受的磁场力等于电流元与磁感应强度的矢量积。具体公式为dF=Idl×B，其中dF表示电流元所受的安培力，Idl表示电流元，B表示磁感应强度。通过积分可以求得有限长载流导线在磁场中受力的大小和方向。在均匀磁场中，直载流导线所受的安培力大小为F=IlBsinθ，其中I表示电流强度，l表示导线长度，B表示磁感应强度，θ表示电流方向与磁场方向的夹角。对于弯曲的平面导线或不规则形状的导线，可以通过将其分割成若干电流元并分别计算受力，再进行矢量合成来求得总受力。此外，文档还通过多个具体例题详细解析了如何应用安培定律和公式计算载流导线在磁场中的受力情况。最后，介绍了电磁轨道炮的原理，它是一种利用电流间相互作用的安培力将弹头发射出去的武器。

磁场对运动电荷及载流导线的作用

磁场对运动电荷及载流导线的作用
在非匀强磁场中，磁场越强, 回旋半径越小，这意味着带电粒子被约束在一个很小的范围内做螺旋运动.当带电粒子向磁场较强的方向做螺旋运动时，在各点所受到的磁力总可以分解出一个与前进方向相反的分量，如图9-30 所示.这一分量有可能使粒子前进的速度减小到零，并继而沿反方向运动，就像被反射一样，因而称这种磁场分布为磁镜.
磁场的作用
磁场作为场物质存在的一种形态，表现之一就是对场中的带电粒子和载流导线施加作用，这种作用使得带电粒子和载流导线的运动状态发生变化.
磁场对运动电荷及载流导线的作用
一、带电粒子在磁场中的运动
我们已经知道，磁场对进入其中的带电粒子施
加洛伦兹力.现在有一个电荷电量为q，质量为m的
磁场对运动电荷及载流导线的作用
二、霍尔效应
1879年，美国研究生霍尔( Hall )在哈佛大学设计了一个实验，用来判断导体中载流子的符号，其实验原理如图9- 33所示.
图9- 33 霍尔效应
磁场对运动电荷及载流导线的作用
在均匀磁场中放一块宽度为b，厚度为d的铜薄片，若铜片中的电流方向与外加磁场的方向垂直，则在铜片的左、右两个侧面都会出现横向电势差UH，这种现象称为霍尔效应，电势差 UH称为霍尔电势差或霍尔电压.实验表明，在磁场不太强时， UH与电流I和磁感应强度B的大小成正比，与铜片沿磁感应强度 B方向上的厚度d成正比，即
(2)若v与B的方向垂直，则作用于带电粒子的洛伦兹的大小为
F=qvB
磁场对运动电荷及载流导线的作用
方向垂直于由v和B所构成的平面，如图9- 27所示.它只能改变带电粒子的方向，而不能改变它的速度大小.因此，带电粒子进入匀强磁场后，将做匀速率圆周运动，洛伦兹力提供了向心力，于是有

磁场对载流导线的作用(大学)-精品文档

例如图所示，一根弯曲的刚性导线 abcd 载有电流，导线放在磁感应强度为的均匀磁场中， I B 的方向垂直纸面向外，设部分是半径为的半 bc B 圆， R ．求该导线所受的合力． ab cd l
Id l
y I
d
dF x
a
I b
dF
y
dF

o
I d c x
解根据安培定理，ab 、两段所受安培力的大 cd F BI l，方向都向下．小为 F 1 3 bc 在段上任取一电流元，它所受安培力的大小为 dF ． BI dl sin 2
洛伦兹力f
安培力
自由电子受力后，不会越出金属导线，而是将获得
的冲量传递给金属晶格骨架，使骨架受到力
电子受洛仑兹力的合力
证明：
f f'
骨架受到的冲力
先说明导线中自由电子与宏观电流I的关系自由电子做定向运动，漂移速度 u ，电子数密度
为n 电流强度I：单位时间内通过单位面积的电量则在t时间内，通过导体内任一面元S迁移的电量为
6.1洛仑兹力

实验证明：运动电荷在磁场中受力
F
q ,v ,B ,( v 与 B ) 的夹角 vB 的方向
F qv B
FqvB sin
洛仑兹力做功吗？
F v, F B
洛仑兹力与安培力的关系？
6.2 洛仑兹力与安培力的关系

电子数密度为n，漂移速度u e u B dl内总电子数为N=nSdl，每个电子受洛仑兹力f 作用在金属内的电子上作用在导体金属上作用在不同的对象上
解：由安培定律
B
b b Iad l B F Id l B a

磁场对载流导线的作用

磁场对载流导线的作用
一、磁场的作用
磁场是由平行于它的磁力线构成的有规律的力场，它对载流导线具有
两种作用：磁化作用和动力作用。

1、磁化作用：当一条载流导线经过一个有规律的磁场时，它在磁场
中受到作用，会产生磁性，即铁磁现象。

这是由于铁的原子的外电子在磁
场的作用下，形成漩涡状团结，从而使整个金属成为铁磁性。

2、动力作用：当一条载流导线通过一个有规律的磁场时，它会受到
一个力的作用，这个力称为流体力，即磁力。

载流导线会受到磁力，会形
成磁力学效应。

可以把它看作一种通电磁铁，它经常被用来控制机械的移动。

1、电流传导：载流导线是电流传导的媒介，它可以把电流从一个设
备传到另一个设备，从而实现电能的使用。

2、电磁场传播：当载流导线运行时，它会产生磁场，这种磁场可以
用来识别电动机的位置，从而实现控制机械的移动。

3、电能的供应：载流导线可以把从发电厂获取的电能分配到用电者，以便他们能够使用电力。

4、节约能源：载流导线可以用于节能和环保，它可以节省能源，减
少污染。

磁场中带电粒子的运动与磁力线分析

磁场中带电粒子的运动与磁力线分析磁场是一个无处不在的自然现象，它对带电粒子的运动产生了重要影响。

当带电粒子在磁场中运动时，它会受到磁场力的作用，从而使其运动轨迹发生偏转。

本文将通过分析带电粒子的运动和磁力线来探讨这一现象。

在磁场中，带电粒子的运动受到洛伦兹力的作用。

洛伦兹力的大小与粒子的电荷量、速度以及磁场的强度有关。

根据洛伦兹力的方向与带电粒子的速度方向垂直，带电粒子在磁场中会沿着一个弯曲的轨道运动。

在研究带电粒子的运动时，一个重要的概念是磁力线。

磁力线是用来描述磁场的一种方法，它表示了磁场中的力线的方向和分布。

在二维平面上，磁力线是封闭的曲线，而在三维空间中，磁力线是闭合的曲面。

磁力线的密度反映了磁场的强弱，磁力线越密集，说明磁场越强。

带电粒子在磁场中的运动轨迹与磁力线有着密切的关系。

当带电粒子在磁场中运动时，它会沿着磁力线进行螺旋状运动。

这是由于带电粒子受到洛伦兹力的作用，使其在垂直于速度方向的平面上发生偏转，并沿着磁力线方向旋转。

带电粒子的运动轨迹形状取决于粒子的速度和磁场的强度。

当粒子的速度较小或磁场较弱时，它的运动轨迹较为平缓，呈螺旋状。

而当粒子的速度较大或磁场较强时，它的运动轨迹变得更为复杂，可能会出现更多的波动和扭曲。

有时候，带电粒子在磁场中的运动会形成一个闭合的环形轨道，这种现象称为磁聚焦。

磁聚焦的原理是粒子在磁场中的力与它在运动过程中的离心力之间的平衡。

当磁场的强度恰好满足一定条件时，粒子将被磁力线束缚在一个环形轨道上，而不会偏离轨道。

除了磁聚焦，带电粒子的运动还可能受到其他因素的影响，例如电场的作用以及其他粒子之间的相互作用。

这些因素可以使带电粒子的轨迹变得更加复杂。

此外，带电粒子在磁场中的运动还可以产生诸如霍尔效应和磁共振等现象，这些现象在磁场应用和磁共振成像等领域具有重要应用价值。

总之，在磁场中带电粒子的运动与磁力线之间存在着紧密的联系。

洛伦兹力使带电粒子在磁场中发生偏转，并沿着磁力线方向旋转，形成螺旋状的轨迹。

磁场对带电粒子的作用

磁场对带电粒子的作用磁场是我们生活中经常接触到的自然现象之一，而其对带电粒子的作用也是物理学中研究的重要一环。

在物理学中，我们常常听到磁场的名词，但对于磁场对带电粒子的作用却不是很了解。

首先，我们需要了解什么是磁场。

磁场是由磁体或电流所产生的力、力矩的影响范围。

当一个电流流经导线时，它会产生一个磁场，磁场是环绕导线的。

在这个磁场中，所带电粒子会受到力的作用。

当一个带电粒子进入磁场时，它会受到一个力的作用，这个力被称为洛伦兹力。

洛伦兹力是由带电粒子的电荷、速度和磁场的特性决定的。

每个带电粒子在磁场中会受到一个垂直于速度方向和磁场方向的力，这样带电粒子的运动路径就会发生偏折。

通过实验，我们可以发现不同带电粒子受到的洛伦兹力是不同的。

根据洛伦兹力的方向，我们可以推断出带电粒子的电荷类型。

例如，如果一个带正电的粒子受到磁场中向下的洛伦兹力，这意味着这个粒子是正电荷。

类似地，当带负电的粒子受到向上的洛伦兹力时，我们可以确定这个粒子是负电荷。

除了洛伦兹力，磁场还可以对带电粒子的运动轨迹产生影响。

当带电粒子在磁场中运动时，它的运动路径通常是曲线。

这是因为洛伦兹力会不断地改变带电粒子的运动方向，使得它们的轨迹呈现出弯曲的形状。

磁场对带电粒子的作用在实际应用中具有重要意义。

例如，磁场的作用使得电动机可以正常运转。

电动机中的线圈通电后会产生一个磁场，而这个磁场会与永磁体产生的磁场相互作用，从而使得线圈产生力矩，推动电动机的转动。

此外，磁场在粒子加速器中也起到至关重要的作用。

通过控制磁场的强度和方向，科学家可以使带电粒子沿着特定的轨道加速，并研究它们的性质和相互作用。

此外，磁场对带电粒子的作用还可以被应用于医学诊断中。

例如，核磁共振成像（NMR）技术利用磁场对带电粒子的作用原理，通过扫描人体内部的磁场变化，得到人体内部结构和组织的影像。

这项技术在医学领域中有着重要的应用，可以帮助医生进行精准的诊断。

总之，磁场对带电粒子的作用在物理学中扮演着重要角色。

磁场对带电粒子的作用力分析

磁场对带电粒子的作用力分析磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一。

它对带电粒子的作用力也是一项重要的研究课题。

在这篇文章中，我们将深入探讨磁场对带电粒子的作用力，并从不同角度进行分析。

首先，我们需要了解磁场对带电粒子的作用力是如何产生的。

根据洛伦兹力的原理，当带电粒子在磁场中运动时，会受到一个与其速度和磁场强度相关的力。

这个力的方向垂直于带电粒子的速度和磁场的方向，并且大小与带电粒子的电荷量、速度和磁场强度有关。

接下来，我们可以从不同的角度来分析磁场对带电粒子的作用力。

首先，我们可以从力的方向来讨论。

根据洛伦兹力的原理，带电粒子在磁场中的运动轨迹会受到力的作用，使其偏离原来的直线运动轨迹。

这个力的方向垂直于带电粒子的速度和磁场的方向，可以使带电粒子绕磁场线旋转或者沿着磁场线做曲线运动。

其次，我们可以从力的大小来讨论。

根据洛伦兹力的原理，力的大小与带电粒子的电荷量、速度和磁场强度有关。

当带电粒子的电荷量增大时，力的大小也会增大。

当带电粒子的速度增大时，力的大小也会增大。

当磁场强度增大时，力的大小也会增大。

这些因素的变化都会影响到磁场对带电粒子的作用力的大小。

此外，我们还可以从带电粒子的运动状态来讨论磁场对其的作用力。

当带电粒子的速度与磁场的方向垂直时，力的大小最大。

当带电粒子的速度与磁场的方向平行时，力的大小为零。

这是因为当带电粒子的速度与磁场的方向垂直时，力的方向与速度的方向垂直，使带电粒子绕磁场线旋转。

而当带电粒子的速度与磁场的方向平行时，力的方向与速度的方向平行，使带电粒子沿着磁场线做直线运动。

最后，我们可以从实际应用的角度来讨论磁场对带电粒子的作用力。

磁场对带电粒子的作用力在许多领域都有重要的应用。

例如，在电动机中，磁场对带电粒子的作用力可以使电动机转动，并将电能转化为机械能。

在粒子加速器中，磁场对带电粒子的作用力可以使带电粒子加速，并达到高速。

在磁共振成像中，磁场对带电粒子的作用力可以使带电粒子在磁场中产生共振，从而得到图像信息。

大学物理磁场对对运动电荷及载流导线的作用

' 1

c
' F2
F2 F BIl 2 sin
' 2

F 0
B
2
BIl 2

a(b)
d (c)

M F2l1 sin BIl1l2 sin
M Pm B
BIS sin BP sin m
F2
n
讨论
1）P 方向与 B 相同 m
s1 s2
qE qvB vE B
质谱分析：
2mv x 2R qB0 qB0 Bx m 2E
谱线位置：同位素质量谱线黑度：相对含量
b ）磁聚焦
均匀磁场，且很小：
v

B
B
v vsin v v// vcos v
2mv h Tv // qB
mv 2m [解]： R T qB qB
缝隙中的交变电场以不变的回旋共振周期 T 2m qB 往返变化，便可保证离子每次经过缝隙时受到的电场力都使它加速。
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。
D
a
第5节
磁介质
相互作用
物质 — 原子，分子中均存在运动电荷磁场
磁介质：在磁场作用下发生变化，并能反过来影响磁场的物质。
顺磁质
物质 — 磁介质
抗磁质
铁磁质
与电介质类比
录像
顺磁质和抗磁质
电介质
分子模型分类磁介质
分子分子中所有电子，原子核电流固有磁矩的等效电流
电偶极子
有极分子电介质 pe 0 , pe 0

115-116 带电粒子在磁场中的运动 磁场对载流导线的作用解析

大学物理磁场对载流导线的作用解读

磁场 对载流导线的作用

电子 磁场对载流导体的作用

磁场对载流导体的作用

09磁场对运动电荷及载流导线的作用分解

大学物理课件-磁场对载流导线的作用

磁场对运动电荷及载流导线的作用

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磁场对载流导线的作用

磁场中带电粒子的运动与磁力线分析

磁场对带电粒子的作用

磁场对带电粒子的作用力分析

大学物理 磁场对对运动电荷及载流导线的作用

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磁场对载流导线的作用

电子磁场对载流导体的作用

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