§8-5帶電粒子在電場和磁場中的運動+一、洛侖茲力說明：1、洛侖茲力F的方向垂直于v和B所確定的平面。2、洛侖茲力F不能改變帶電粒子速度v的大小，只能改變其運動方向。二、帶電粒子在均勻磁場中的運動三、帶電粒子在不均勻磁場中的運動粒子沿磁場增大方向速度減小，垂直磁場方向速度增加。電動力學證明：若磁場變化不劇烈，做螺旋運動的帶電粒子，其磁矩大小不變變大R變小變小帶電粒子在不均勻磁場中的運動磁鏡磁約束托卡馬克裝置原理示意圖托卡馬克裝置剖面結構和工作時內部狀態（上）示意圖托卡馬克裝置環型容器內部實景非均勻磁場的應用：范?艾倫（VanAllen）輻射帶包圍地球外圍的范艾侖輻射帶1958年人造衛星的探測發現,,范艾侖輻射帶有兩層,內層在距地面800-4000Km處,外層在60000Km處。....................+-AA’K+dL..................................................................................................四、帶電粒子在電磁場中運動的應用1、速度選擇器速度選擇器2、回旋加速器1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室.此加速器可將質子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學獎.回旋加速器原理圖NSBO~N真空室接高頻電源

離子源D型盒引出離子束

回旋加速器一般用來加速質量較大的帶電粒子。下圖為世界最大的回旋加速器內部情況。我國于1994年建成的第一臺強流質子加速器，可產生數十種中短壽命放射性同位素.3、質譜儀7072737476鍺的質譜...................................................................+-速度選擇器照相底片質譜儀的示意圖4.霍耳（E.C.Hall)效應霍耳霍耳效應bd

1879年，霍耳（E.H.Hall）發現，把一載流導體放在磁場中時，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流兩者垂直的方向上出現橫向電勢差。這一現象稱為“霍耳效應”，這電勢差稱為“霍耳電勢差”。+++++++++++++++-------------------

V1V2II（RH稱為霍耳系數）xyzdbII+++++++++++++----------------

V1V2

U-v動態平衡時：令：RH=稱為“霍耳系數”

霍耳系數RH與電荷密度n成反比。在金屬中，由于電荷密度很大，因此霍耳系數很小，相應霍耳效應也很弱。而在一般半導體中，電荷密度n較小，因此霍耳效應也較明顯。------------------++++++++++++++++

V1V2II+++++++++++++++-------------------

V1V2II1、判斷下列半導體類型P型半導體（定向運動的電荷為正電荷）N型半導體（定向運動的電荷為負電荷）霍耳效應的應用+2、測磁感應強度3、測n4、磁流體發電+++++++++++++++-------------------

V1V2U+-等離子體理論曲線

量子霍耳效應B崔琦、施特默：更強磁場下

克里青：半導體在低溫強磁場m=1、2、3、…

1985年諾貝爾物理獎

1998年諾貝爾物理獎實驗曲線量子霍爾效應能解決電子碰撞發熱的問題，因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應用潛力，據此設計新一代大規模集成電路和元器件，將會具有極低的能耗。反常霍爾效應1880年，霍爾在研究磁性金屬的霍爾效應時發現，即使不加外磁場也可以觀測到霍爾效應，這種零磁場中的霍爾效應就是反常霍爾效應。2013年3月16日凌晨，由清華大學薛其坤院士領銜的團隊量子反常霍爾效應的美妙之處是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現量子霍爾態，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。”反常霍爾電導是由于材料本身的自發磁化而產生的，因此是一類新的重要物理效應。量子反常霍爾效應在發現反常霍爾效應133年后，首次實現的反常霍爾效應的量子化，也因此被視作“世界基礎研究領域的一項重要科學發現”。§8-6磁場對載流導線的作用演示實驗：在兩根平行金屬道軌上放一導體棒，導體棒位于馬蹄形磁鐵之間；而在軌道的兩端接一電源與導體棒構成回路。當合上電源開關后……。SNISI一、安培定律設：離子數密度n電流元截面積S電流元中的電子數nSdl作用在電流元上的作用力：洛侖茲力：-（導體）安培力：

磁場對電流的作用力安培定律：對電流元Idl在磁場B中所受的作用力為磁場對載流導線的作用力：電流強度：SI-二、載流導體在磁場中的受力磁場外加磁場自身磁場1.自身磁場a、直導線b、線圈IF2.外加磁場由安培定則a、載流直導線例1、計算長為L的載流直導線在均勻磁場B中所受的力。解：I由安培定律：方向：方向：IrxI1I2例2、無限長直載流導線通有電流I1，在同一平面內有長為L的載流直導線，通有電流I2。（如圖所示）求：長為L的導線所受的磁場力。dxxl解：dl由安培定律：ABCo根據對稱性分析解例1

如圖一通有電流的導線放在磁感應強度為的均勻磁場中，導線平面與磁感強度垂直.圓弧導線BCA半徑為，電流為順時針方向,求磁場作用于導線的力.ACoB因Iabb、任意一段載流導線結論：彎曲導線所受磁力等效于通有相同電流的從起點到末點的直導線所受到的力I例1例2、半徑為R的銅絲環，載有電流I。現把圓環放在均勻磁場中，環平面與磁場垂直。求（1）圓環受到的合力。（2）銅絲內部的張力。解：（1）Ioxy

ddldFxdFy由安培定律：結論：勻強磁場對閉合載流導線的作用合力為零Ioxy

ddldFxdFy（2）銅絲內部的張力。Il1結論：IIIIbl2acdc、載流線圈線圈所受合力為零l1IIIIbnl2acd磁力矩：l1其中S=l1l2為線圈平面的面積注：上式雖是從矩形閉合載流線圈推出，但適合于任意形狀的閉合載流線圈。N匝線圈的磁力矩：l1IIIIbnl2acd線圈的磁矩：載流線圈在磁場中受到的磁力矩：討論：（1）=0時，M=0。（2）=90時，M=Mmax=NBIS（3）=180時，M=0IS例2如圖半徑為0.20m，電流為20A的圓形載流線圈（o-xy面內）放在均勻磁場中，磁感應強度的大小為0.08T，方向沿x軸正向.線圈所受的磁力矩又為多少？IRQJKPo以為軸，所受磁力矩大小法一法二二磁電式電流計原理實驗測定

游絲的反抗力矩與線圈轉過的角度成