2022-2023学年高二物理竞赛课件：磁场对运动电荷的作用

磁场对运动电荷的作用 磁场对运动电荷的作用 一、洛仑兹力 洛伦兹力就是安培力！！ 洛伦兹力下的圆周运动（垂直磁场） 无限小电流元 运动电荷 2 2. （均匀磁场） R: 圆周半径 R ∝ V 周期T 与 V 无关 只和荷质比有关 二、带电粒子在磁场中的运动 × × × × × × × × × × × × × × × × q 1. （均匀磁场） 螺距： 半径： 3. 有夹角（均匀磁场） v v q R + v B q m 螺距 h 4 A A’ 磁聚焦 Magnetic Focusing 5. 非均匀磁场 半径和螺距变化 磁约束 4. 均匀磁场 发散角不同，平行分量相同，半径不同，螺距固定（周期相同） q 磁约束 B F I I v B B F F + 磁约束(磁镜效应) 磁约束 Proton electron Earth S N 地磁场内的范艾仑辐射带（Van Allen belts） Magnetic South Pole Geographic South Pole 地理轴和地磁轴夹角11° 例 : 圆环，半径 R , 质量 m, 通电流 I ，位于和磁场B平行的平面上，求圆环一侧被抬离平面时的环的最小电流。 R I I 解: 例：半径为 R 的导线圆环中通有电流 I， 置于磁感应强度为 B 的均匀磁场中（如图）。若磁场方向与环面垂直，求：1）圆环所受的磁力 2）导线所受的张力的大小。 解： dq T T dF I O 2）导线所受的张力（切向） B I x y 1）磁力为零 匀强磁场中的安培力 每一段，磁力径向，和切向张力的径向分量，受力力平衡 张力的左右水平分量彼此平衡 9 T与dF 的夹角为 q/2, 3. 均匀磁场中磁矩的势能 q I 线圈的磁矩 磁场对磁力矩做功 降落的磁矩势能 q方向：逆时针轴向（右手螺旋） 增大 M方向：垂直纸面向内（右手螺旋） q = 0, 势能取极小值 q = p, 势能取极大值 q I 与静电场对比 磁 电 例：如图所示，在均匀磁场中，半径为R的薄圆盘以角速度ω绕中心轴转动，圆盘电荷面密度为σ。求它的磁矩和所受的力矩。 解：取半径为r的环状面元，圆盘转动时，它相当于一个载流圆环，其电流： 磁矩： R ω 大小： 圆盘磁矩： 方向：向上 受的力矩： r dr 12 $