磁力与电荷的运动共37页文档
磁场中的电荷运动
磁场中的电荷运动在磁场中的电荷运动磁场是由电流产生的，而电荷是带电粒子。
当电荷运动时，会受到磁场的力的作用，这种现象被称为磁场中的电荷运动。
本文将介绍电荷在磁场中的运动规律以及与其他物理量的关系。
一、洛伦兹力的作用在磁场中，电荷受到的力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向由以下公式给出：F = qvBsinθ其中，F是洛伦兹力的大小，q是电荷的大小，v是电荷的速度，B 是磁场的大小，θ是电荷速度与磁场方向之间的夹角。
从上述公式可以看出，当电荷的速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大；当速度与磁场方向平行时，洛伦兹力最小，甚至为零。
这意味着电荷在磁场中的轨迹将偏离原来的方向，呈现出弯曲的形状。
二、电荷的圆周运动如果一个正电荷以一定的速度在磁场中运动，它将沿着圆形轨迹运动。
根据洛伦兹力的作用方向，可以推导出电荷的运动轨迹。
假设磁场方向为垂直于纸面向内，电荷的速度方向与纸面平行，则电荷将绕着磁场方向进行圆周运动。
在这种情况下，洛伦兹力提供了向心力，使得电荷保持圆周运动。
根据牛顿第二定律，可以得到以下公式：F = ma = (mv^2)/r其中，m是电荷的质量，a是向心加速度，v是电荷的速度，r是电荷运动的半径。
结合洛伦兹力的表达式，可以得到以下关系：qvB = (mv^2)/r通过简单的计算，可以得到电荷运动的半径：r = mv/(qB)可以看出，电荷的运动半径与其质量、速度以及磁场强度成反比。
三、磁力对电流的作用当电流通过导线时，产生的磁场会对导线上的电荷施加力。
电流中的每一个电子都受到洛伦兹力的作用，导致整个导线受到一个总的力。
在直流电路中，导线上的电荷移动速度是恒定的，因此洛伦兹力和电荷的运动方向垂直，导致电流导线呈直线形状。
而在交流电路中，电流的方向和大小都会发生周期性变化，导致电荷在导线中来回运动。
在每一个电流周期内，电荷受到的磁场力的方向也会改变。
由于这种磁场力是周期性变化的，导致导线上的电荷来回振动，并引发电磁感应现象。
磁场中的电荷运动
磁场中的电荷运动
在磁场中，电荷受到磁力的作用而运动。
磁力是由于电荷在磁场中
的运动而产生的，它的大小和方向都与电荷的速度和磁场的性质有关。
根据洛伦兹力公式，磁力（F）等于电荷（q）的速度（v）与磁场（B）之间的叉乘，且与正弦θ成正比。
其中，θ是电荷速度和磁场的
夹角。
F = q * v × B * sinθ
根据这个公式，我们可以得出以下结论：
1. 当电荷的速度与磁场方向垂直（θ=90°）时，磁力达到最大值，
且与电荷的速度无关。
因此，在垂直于磁场方向运动的电荷受到最大
的磁力作用。
2. 当电荷的速度与磁场方向平行（θ=0°）时，磁力为零。
因此，在
平行于磁场方向运动的电荷不受磁力影响。
3. 当电荷的速度与磁场方向形成其他夹角时，磁力的大小取决于θ
的大小，即电荷的速度与磁场的夹角。
如果θ不为0°或90°，则磁力的大小介于零和最大值之间。
根据磁力的作用，电荷在磁场中可能发生以下几种不同的运动：
1. 直线运动：当电荷的速度与磁场方向垂直时，磁力的作用使电荷
沿着磁力的方向直线运动。
2. 螺旋运动：当电荷的速度与磁场方向形成一定夹角时，磁力的作用使电荷在垂直于磁场方向的平面上做螺旋运动。
3. 循环运动：当电荷的速度与磁场方向平行时，磁力为零，电荷不受磁力作用，继续沿着原来的方向匀速直线运动。
总之，磁场对电荷的运动具有一定的控制作用，可以改变电荷的运动轨迹和速度。
这在电磁学和磁共振等领域有广泛的应用。
磁场对运动电荷的作用PPT教学课件
一 光彩夺目的诗歌与散文 1 诗歌的黄金时代：
两千多位诗人 近五万首诗歌 2 “诗仙”李白： 代表作：《早发白帝城》 、《蜀道难》
风 格：豪迈奔放、清新飘逸、 想象丰富、语言轻快。
3“诗圣”杜甫： 代表作：“三吏” 、“三别” 风 格：气魄雄浑、 沉郁悲怆
4 中唐诗人白居易:
3“诗圣”杜甫： 代表作：“三吏” 、“三别” 风 格：气魄雄浑、 沉郁悲怆
靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。如果该粒 子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两 电极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在 真空中）
U B 2qr 2 2m
第8 课
辉煌灿烂的隋唐文化(二)
——光耀千古的文学艺术
一 光彩夺目的诗歌与散文 1 诗歌的黄金时代：
两千多位诗人 近五万首诗歌 2 “诗仙”李白：
磁场对运动电荷的作用
1.当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时， F=0；带电粒子做匀速直线运动
2.当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时， F=qvB;匀速圆周运动
(垂直进入匀强电场，类平抛运动)
3. 静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用 力一定为0；
4、洛伦兹力对运动电荷一定不做功，洛伦兹力 始终和速度方向垂直
m=2dBe/V
t=πd/3V
• 四、带电粒子在正方形磁场中的运动 • 例4、长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁
场，如图6所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不 带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子(不计重 力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度V水平射 入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：
• 六、带电粒子在有“圆孔”的磁场中运动
• 例6、如图10所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电 极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、 c和d，外筒的外半径为r，在圆筒之外的足够大区域中 有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为B。 在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径
磁场中的电荷运动
磁场中的电荷运动磁场是物理学中重要的概念之一，它对电荷的运动有着重要的影响。
在磁场中，电荷会受到磁力的作用，从而产生特殊的运动轨迹。
本文将介绍磁场中电荷的运动规律以及相关的物理原理。
一、洛伦兹力在磁场中，电荷受到的力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向与电荷的速度、电荷量以及磁场的强度和方向有关。
根据洛伦兹力的定义，可以得到以下公式：F = qvBsinθ其中，F表示洛伦兹力的大小，q表示电荷量，v表示电荷的速度，B表示磁场的强度，θ表示电荷速度与磁场方向之间的夹角。
从上述公式可以看出，当电荷速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力的大小最大；当电荷速度与磁场方向平行时，洛伦兹力的大小为零。
这说明在磁场中，电荷的运动轨迹将受到磁场方向的影响。
二、洛伦兹力对电荷运动的影响洛伦兹力对电荷的运动轨迹有着重要的影响。
根据洛伦兹力的方向和大小，可以得到以下几种情况：1. 电荷在磁场中做圆周运动当电荷的速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力的方向垂直于速度方向，使得电荷受到向心力的作用，从而产生圆周运动。
这种情况下，电荷的运动轨迹是一个圆。
2. 电荷在磁场中做螺旋运动当电荷的速度与磁场方向不垂直时，洛伦兹力的方向既有向心力的分量，也有沿着速度方向的分量。
这使得电荷在磁场中做螺旋运动，即同时绕着磁场方向和速度方向旋转。
3. 电荷在磁场中做直线运动当电荷的速度与磁场方向平行时，洛伦兹力的大小为零，电荷不受力的作用，从而在磁场中做直线运动。
三、磁场中的电荷运动实例磁场中的电荷运动在实际中有着广泛的应用。
以下是一些常见的实例：1. 质子在磁场中的运动质子是带正电的粒子，当质子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用。
根据洛伦兹力的方向和大小，质子将在磁场中做圆周运动或螺旋运动。
这种现象被广泛应用于粒子加速器和核磁共振成像等领域。
2. 电子在磁场中的运动电子是带负电的粒子，其在磁场中的运动与质子类似。
由于电子的质量较小，其受到的洛伦兹力较大，因此在磁场中的运动更加明显。
磁力与电荷的运动
§14-4 磁场与磁感应强度 §14-5 带电粒子在磁场中的运动
§14-6 霍尔效应
§14-7 载流导线在磁场中受的力 和力矩
§14-3 磁力与电荷运动
一.磁现象 人们发现磁现象已有两千五 百多年
《吕氏春秋》:“慈石召铁” ----磁石吸铁性质
《韩非子·有度》：“司南” ----磁石琢磨成的指南针
----洛仑兹力 常表示为
讨论: 洛仑兹力与电荷运动方向垂直，即它 对运动电荷不作功。它只改变电荷的 运动方向，而不改变运动速度的大小
空间中存在电场和磁场时，运动电荷 受力
二.带电粒子在磁场中的运动 设带电粒子q以初速 进 入均匀磁场
：作匀速直线运动 : 在垂直于磁场的
平面内作匀速圆周运动
周期
场中各点都有一特定方向，电荷沿该
方向(或其反方向)运动时，电荷不受磁
力作用
----为该点处的磁场方向
运动电荷受到的磁力方向总是同时垂 直于电荷运动方向和磁场方向
磁力与电荷电量q、电荷运动速率v及
电荷运动方向与磁场方向间的夹角 有
关，满足
定义： 或
----磁感应强度 的大小
单位：特斯拉(T) 磁感应强度是矢量
11世纪，沈括制造了航海用的指南针 ，并在《梦溪笔谈》中作了详细的记载
材料：
天然磁铁矿石：四氧化三铁(Fe3O4) 人工磁铁：氧化铁(Fe2O3)与一种或多 种二价金属氧化物(CuO，MnO, BaO 等)的粉末混合高温烧结而成
磁现象
磁性：可吸引铁，镍，钴等物质
磁极：两端处磁性最强
磁力：磁极同性相斥，异性相吸
建立坐标系
又
例4在一个圆柱形的磁铁N极的正上 上方水平放置一个半径为R的导线 环，其中通有顺时针方向（俯视） 的电流I。在导线所在的B方向都有 与竖直方向成α角。求导线环受的磁 力。
磁场对运动电荷的作用及其应用PPT课件
1928年-1929年期间，鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基 础上，进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实 验研究 . 1933年，鲁斯卡在加速电压75 kV下，运用焦距为3 mm的磁透 镜获得 12 000倍放大率 恩斯特·鲁斯卡从1937年开始着手研制商品电子显微镜，1938 年制成两台电子显微镜，
1 整数量子霍耳效应
(1) 发现
1980年，德国物理学家冯•克利青
(K.Von.Klitzing) 从金属--氧化物半导体场效
11 – 5 带电应粒管子中在发电现场了量和子磁霍场耳中效的应运。动
(2) 条件
(3) 霍耳电阻
1) 低温 2) 强磁场
定义
RH
UH I
(4) 量子霍耳效应的应用 建立直流电阻基准
应用 电子光学 , 电子显微镜等 .
9
1986年诺贝尔物理学奖——电子显微镜与扫描隧道显微镜
1926年布什（H.Busch）发表了有关磁聚焦的论文，指出电子 束通过轴对称电磁场时可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚 焦一样，因此可以利用电子成像。
电子束波长比光波波长短得多，可以预期运用电子束成像的电
B
v qBR0
m
S
Ek
1 2
mv2
回旋加速器原理图
Ek
q2 B2 R02 2m
5
回旋加速器
11 – 5 带电粒子在电场和磁场中的运动
1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室
此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此 1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.
6
11 – 5 带电粒子在电场和磁场中的运动
高二物理竞赛磁力与电荷的运动PPT(课件)
N 导线受到了磁铁的 注意：如果把一条磁铁折成数段，不论段数多少或各段的长短如何，每一小段仍将形成一个很小的磁铁，仍具有N、S两极，即 N 极与 S 极相互依存而不可分离。
电流与电流之间有相互作用力。
一个运动的电荷在磁场中会改变运动的方向； 但对磁场中某一指定点而言，|Fmax| 与 |q|v 的比值
3. 磁感应强度 B 的单位是T，叫做“特斯拉”(Tesla)， 简称特。
本章基本要求
1．正确掌握描述磁场的物理量——磁感应强度的概念。
2．掌握洛伦兹力的计算方法，并会分析带电粒子在电磁场中 的运动。
3．掌握安培定律，会计算载流导线在磁场中受到的安培力， 会计算平面载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩。
4. 理解霍尔效应。会分析金属及半导体中的霍尔效应，并由 此判断载流子的性质。
磁体与电流之间的相互作用
现象：当导线中通
入电流时，导线会
被排开或吸入。 现象：放在载流导线(即通有电流的导线)周围的磁针会受到力的作用而发生偏转，如果电流方向改变，那么，偏转方向也要改变。
电流与电流之间有相互作用力。
现象：放在载流导线(即通有电流的导线)周围的磁针会受到力的作用而发生偏转，如果电流方向改变，那么，偏转方向也要改变。
——磁体
小结：磁体与磁体之间，电流与磁体之间，以及电流 与电流之间的磁现象，或者可以说一切磁现象都可归 结为电流的磁效应。
结论：从微观上看，磁力都是运动电荷之间的相互作 用的表现。
注意
运动电荷与静止电荷不同之处在于： 静止电荷的周围空间只存在静电场； 任何运动电荷或电流的周围空间，除了和静止电荷 一样存在电场之外，还存在磁场。 电场对处于其中的任何电荷（不论运动与否）都有 电力作用；而磁场则只对运动电荷有磁力作用。
大学物理第12章
L
0
( L围)
1
I3
L
说明： 关于电流符号的规定： 当电流流向与回路 L 的绕向 成右手螺旋法则时，I > 0 ； 否则，I < 0 。
“L 所围”指闭合的恒定电 流与 L 的相套合。
( L围)
I 2I
I1 0 , I 2 0
1
I2
定理是 Boit-Savert 定律的推论，但证明过程比较复杂。 一般可以借助无限长直线电流产生的磁场，对定理加 以说明。 积分式中的 B 在路径 L 取值，它是所有电流（无论是否 被 L 所围）共同产生的场，只是积分的结果仅与被 L 所 围电流有关。 定理只适用于真空中恒定电流产生的磁场。
第十二章
磁场和它的源
运动电荷相互作用是靠磁场传递的，这意味着两方面含义：
运动电荷激发磁场；磁场对运动电荷作用——磁力。 恒定电流是运动电荷的最典型的例子。本章主要就是讨论恒
定电流所激发的磁场——恒定磁场的规律，并进一步讨论这种
磁场的性质。 对磁场性质的研究，运用的是研究静电场的方法，即研究： 场对闭合面的通量 B dS
磁感应线的特点： 1. 无头无尾的闭合曲线。 2. 任何两条磁感应线不相交； 3. 磁感应线的环绕方向与电流方向服从右手螺旋定则。
右手螺旋定则：（1）大拇指—电流方向，四指弯曲方向—磁感应线的 环绕方向；（2）四指弯曲方向—圆环电流方向，大拇指—圆环轴线上磁感 应线的方向。
4. 磁通量
磁通量：d m B dS m B dS
第十二章 磁场和它的源
Magnetic Field
本章主要内容
§12-1 磁力与电荷的运动