磁矢势 带电粒子的动量
量子力学_61电磁场中荷电粒子的运动及两类动量
Pi
q c
Ai
q c
Ai x
q q
x c
Ax
q c
3 i 1
ri
Ai x
q
x
q c
Ax t
3 i 1
ri
Ax ri
q
x
1 c
t
Ax
q c
x
Ax x
y
Ay x
z
Az x
x
x
Ax
y
y
Ax
z
z
Ax
q
1 c
t
A
x
q c
υ (
A) x
所以
mr
q
1 c
t
A
q c
q c
A
理解为粒子的 速度算符
(14)
(15)
2. 规范不变性
电磁场具有规范不变性，当矢势和标势作下列规范变换时
A A' A (r,t)
1 c
t
(r,
t)
(16)
电、磁场强度都不改变.其规范不变性是显然的.
但Schrödinger方程（9）中出现 A和，是否违反规范
不变性？ 否！！
可证明
6.1 电磁场中荷电粒子的运动，两类动量
量子力学教程(第二版)
6.3 Landau能级
➢ 一、电子的Hamilton量
考虑电子（质量M，荷电e）在均匀磁场B中运动,则 相应的矢势A可取为
A 1 Br 2
取磁场方向为z轴方向，则
Ax
1 2
By,
1 Ay 2 Bx,
Az 0
(1)
6.1 电磁场中荷电粒子的运动，两类动量
x
磁矢势.
[Az (P) Az (Q)]
0I 2
ln
Q
P
ln
Q
P
0I 2
ln
P
P
0I 2
ln
涡旋电场（感生电动势）
• Maxell相信即使不存在导体回路，变化的磁场在 其周围也会激发一种电场，他称之为感应电场或 涡旋电场
• 考虑一个固定回路L，S为以L为边界的曲面，通过
两种办法
利用对称性由 A dl B dS得出
普通物理 的方法
L
S
由B A和 A 0 A的表达式 电动力学的做法
A dl B dS (a)
L
S
取闭合环路L
电流元的磁矢势
• 设磁矢势a与电流元平行 （因为对矢势变换规范可 以任选，选库仑规范A=0 的结果）——a只有z分量
以电流元为轴,取柱坐 标（、、z )
P
0Il 2
Q d P
0Il ln 2
Q P
一根无限长导线在空间任一两点之间的矢势差
[ Az
(P)
Az
(Q)]
0I 2
ln
Q P
两根无限长载流直导线的磁矢势
矢量叠加（如图）
＋
[ Az (P) [ Az (P)
A (Q)] z
A (Q)] z
0I 2
ln
Q
P
0I 2
ln
Q
P
取Q 零点
E旋
A t
E势
E旋
产生原因
静电荷激发
变化的磁场
电力线 性质
不闭合
E势 dl 0
L
保守场
闭 合
E旋 dl 0
L
通电螺线管的磁矢势
通电螺线管的磁矢势
通电螺线管的磁矢势是指通过通电螺线管所产生的磁场的总量。
磁矢势是一个矢量量，用于描述磁场的分布和强度。
它可以用数学公式表示为：
A = μ₀* N * I * l
其中，A表示磁矢势，μ₀是自由空间的磁导率（约等于4π×10⁻⁷T·m/A），N是螺线管的匝数，I是通电螺线管中的电流，l是螺线管的长度。
通电螺线管的磁矢势的大小与电流强度、匝数和长度成正比。
当通电螺线管中的电流增加时，磁矢势也会增加；当螺线管的匝数增加时，磁矢势也会增加；当螺线管的长度增加时，磁矢势也会增加。
磁矢势的方向与电流流动方向和螺线管的匝数方向有关。
通电螺线管的磁矢势在物理学和工程学中有广泛的应用。
它可以用于计算磁场的分布和强度，以及与磁场相关的力和能量。
磁矢势的概念对于理解电磁感应、电动机、变压器等电磁现象和设备至关重要。
高三物理磁学知识点
高三物理磁学知识点磁学是物理学中的一个重要分支，研究物质间的磁性相互作用及其规律。
在高三物理学习中，磁学知识是不可避免的一部分。
本文将介绍高三物理磁学知识的要点，涵盖了磁场、磁力与运动、电磁感应和电动机等方面。
1. 磁场磁场是磁物体周围存在的一种物理量，用来描述磁物体对其他物质的吸引或排斥作用。
磁场可以是磁铁所产生的，也可以是电流所激发的。
磁场的特点包括磁力线、磁感应强度、磁通量和磁场能等。
2. 磁力与运动磁力是磁场对运动带电粒子的作用力，它符合洛仑兹力定律。
当带电粒子在磁场中做匀速直线运动时，磁力垂直于运动方向，并且大小与带电粒子的电荷量、速度和磁感应强度有关。
当带电粒子以某一速度在磁场中做圆周运动时，磁力提供了向心力，使得带电粒子在磁场中保持圆周轨道。
3. 电磁感应电磁感应是指磁场变化产生感应电动势，从而引起涡流或感应电流的现象。
法拉第电磁感应定律表明，磁场的变化率与感应电动势成正比。
电磁感应可以通过磁场的变化、电路中的磁通量和一次线圈与二次线圈之间的相对运动来实现。
4. 电动机电动机是利用电流在磁场中产生力矩，实现机械能与电能的相互转换的装置。
电动机根据工作原理可以分为直流电动机和交流电动机。
直流电动机利用电流在磁场中受力的特性，实现旋转运动。
交流电动机则利用变化的磁场在线圈中产生感应电动势，并通过交变电流产生旋转力矩。
通过学习以上物理磁学知识点，我们能够深入了解磁学在物质相互作用中的重要作用。
同时，这些知识点也是高三物理考试的重点内容，加深掌握对学习和应试都有很大帮助。
正文到此结束，希望能对你的学习有所帮助。
更多关于高三物理磁学的知识，可进一步查阅相关资料进行学习。
11-2第十一讲：带电粒子在电磁场中运动的若干问题及磁矢势
e 1.758819621011C / kg m
2013/4/1
北京大学物理学院王稼军编
等离子体磁约束
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等离子体：部分或完全电离的气体。
特点：由大量自由电子和正离子及中性原子、 分子组成，宏观上近似中性，即所含正负电荷 数处处相等。
带电粒子在磁场中沿螺旋线运动
与B成 反比
R mv sin , h v cos T 2m v cos
中国的超导托卡马克研究计划
R = 1.22m (achieved)
a = 0.285m (C Limiter)
Ip = 100~250 kA (250)
ne = 1~6x1013cm-3 (6.5)
BT = 1~2.5T(2.5) Te = 1~2 KeV (4.6) Ti = 0.2~0.6K eV
(1.8) t = 1~ 5s ( 300 s) ICRF: f = 15~45MHz, CW(035MW, 10s) LHCD: f = 2.45GHz,
10s (0.65MW) Pellet injector:
up to 8 pellets /per shot Supersonic beam injection: <1.0 km2/01s3/4/1
的欧洲物理学大奖，以及2003年获法国国家科学研 金奖物理奖(与Fert共同获得)。
究中心金奖。2013/4/1
北京大学物理学院王稼军编
量子Hall效应
二维电子系统
从50年代起，由于晶体管工业的兴盛，半导体表面研 究成了热门课题，半导体物理学中兴起了一个崭新领 域——二维电子系统。
1957年，施里弗(J．R．schrieffer)提出反型层理论， 认为如果与半导体表面垂直的电场足够强，就可以在 表面附近出现与体内导电类型相反的反型层。
高中物理电磁学公式总整理
高中物理电磁学公式总整理电磁学公式作为高中物理知识的一项重要内容，是学习学习的重点。
为了帮助高中生掌握相关公式，下面店铺给大家带来的高中物理电磁学公式，希望对你有帮助。
高中物理电磁学公式磁场1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量，单位T),1T=1N/A?m2.安培力F=BIL;(注：L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}3.洛仑兹力f=qVB(注V⊥B); {f:洛仑兹力(N)，q:带电粒子电量(C)，V:带电粒子速度(m/s)｝4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种)：(1)带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V=V0(2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下);(c)解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。
注：(1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定，只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负。
电磁感应1.1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt:磁通量的变化率｝2)E=BLV垂(切割磁感线运动) {L:有效长度(m)｝3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势) {Em:感应电动势峰值｝4)E=BL2ω/2(导体一端固定以ω旋转切割) {ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)}3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向：由负极流向正极｝高中物理电磁学知识点一、磁现象最早的指南针叫司南。
磁场的“高斯定理”--磁矢势
得出A 一个表达式
以上几个例子（例题11自己看）都属于强对称性 场，实际上是已知B求A，也可以直接根据电流 分布求矢势——更多的问题在电动力学中学习
相关的习题很少，掌握这种方法
p145 2-20(3)、2－21（3）
类似于电势零点可以任取，规范也可任意选取 通常选库仑规范: A=0
找电流产生的磁场中 磁矢势的表达式
两种办法
利用对称性由 A dl B dS得出
普通物理 的方法
L
S
由B A和 A 0 A的表达式 电动力学的做法
电流元的磁矢势
p112式（2.55)
任意载流回路——由许多电流元串联而 成，由叠加原理得
结论：通过磁场中任一闭合曲面S的总 磁通量恒等于零。
磁高斯定理的微分形式
利用数学的高斯定理
B B d S 0
S
B 0
BdV 0
V
说明恒磁场的散度为零——无源场
磁矢势
B d S 0
dB 0 Idl sin 4 r 2
考察任一磁感应管(正截面为)， 取任意闭合曲面S，磁感应管
穿入S一次，穿出一次。
dS1 cos1 dS2 cos2 dS
d B1
d B1 d S1
0 4
Idl sin
r2
dS1 cos1
0 4
Idl sin
S
S1
S2
B dS B dS
S1
磁通量仅由
的共同边界线所决定
S2
可能找到一个矢量A，它沿L 作线积分等于通过S的通量
A dl B dS (a)
电磁场的矢势和标势
E
=
−∇ϕ
−
∂A ∂t
矢势和标势（续）
∇
×
E
=
−
∂B ∂t
⇒
∇
×
(E
+
∂A ∂t
)
=
0
★由(E
+
∂A ∂t
)的无旋性引入标势ϕ：
∇ × (E + ∂A ) = 0 ⇒ E + ∂A = −∇ϕ
∂t
∂t
一般而言：
【讨论】
E
=
−∇ϕ
−
∂A ∂t
★ 电场E不再是保守力场，势能、电压的概念失去原来意义；
矢势和标势（续）
★从∇ × A = B可看出：要确定A还需要另加条件； ★用矢势A与标势ϕ描述电磁场不唯一！
A → A = A + ∇ψ
ϕ → ϕ = ϕ − ∂ψ ∂t
存
(1) (2)
§ 1.2 规范变换和规范不变性
★从∇ × A = B可看出：要确定A还需要另加条件； ★用矢势A与标势ϕ描述电磁场不唯一！
A → A = A + ∇ψ
§ 1.3 库仑规范与洛伦兹规范
规范的选择是多样的：挑选出计算方便简化，且物理意义明显的规范，有两 种：库仑规范与洛伦兹规范。
★库仑规范
∇·A=0
§ 1.3 库仑规范与洛伦兹规范
规范的选择是多样的：挑选出计算方便简化，且物理意义明显的规范，有两 种：库仑规范与洛伦兹规范。
★库仑规范
∇·A=0 ◆库仑规范纵横分明：库仑场和感应场
A
∇·B =0
⇒
B =∇×A
E ? = −∇ϕ
第一节 电磁场的矢势和标势
§ 1.1 矢势和标势
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p = mv + qA = 常量
证明用到数学场论，可以不管（ 证明用到数学场论，可以不管（186-191） ）
磁场中带电粒子的势动量
• 从加速器的带电粒子的运动方程
∂A d (mv ) dA = −eE旋 = qE旋 = − q = −q dt ∂t dt
d ( mv) dA d +q = 0 ⇒ ( mv + A) = 0 dt dt dt
B竖直向上 A在ϕ方向上 ϕ 轨道上A相同
⇒ p = mv + qA = 常量 ⇒ p = mv + qA = 常量
正则动量 动力动量 磁势动量
证明用到数学场论，可以不管
动量守恒定律
Hale Waihona Puke • 磁场中,电荷 q 磁场中,
p = mv + qA
qA :磁矢动量(潜在的动量) 磁矢动量(潜在的动量)
1 2 W = mv + qU = 常量 2
mv :动力动量
• 带电粒子在电、磁场中运动动量守恒. 带电粒子在电、磁场中运动动量守恒.