清华大学陈信义教授 电磁学（第三册）课件（完整版）电磁学（第三册）第7章 磁力

2005年春季学期 陈信义编,第7章 磁力 自学总结,电磁学（第三册）,1,目 录,【演示实验】磁体磁体、磁体电流、电流电流存在磁力，洛仑兹力,2,一、演示实验,导线中：定向运动的电荷,磁体中：分子电流,§7.1 - §7. 5,3,：定义磁场,洛仑兹力,4,一些典型的磁感应线的分布：,直线电流的磁感线,圆形电流的磁感线,5,直螺线管电流的磁感线,环形螺线管电流的磁感线,6,四个诺贝尔物理奖：,二 、带电粒子在磁场中的运动,因为电磁学方程是洛仑兹协变的，所以洛仑兹力满足力的相对论变换。,洛仑兹力,7,1、回旋加速器（cyclotron）,电子回旋周期与速度无关，所以带电粒子每次经过缝隙（电场区域）均被加速。,8,2、磁聚焦电子显微镜,螺距：,带电粒子每回旋一周所前进的距离d与v无关。,9,均匀磁场中螺距相同的电子被聚焦：,实际中用得更多的是短线圈产生的非均匀磁场的磁聚焦作用，这种线圈通常称为磁透镜，它在电子显微镜中起了与光学仪器中的透镜类似的作用。,10,3、磁约束,横向磁约束：,磁场越强，半径越小。在强磁场中，带电粒子被约束在一根磁感应线附近很小范围内，只能沿磁感应线作纵向运动。,受控热核反应,等离子体,磁约束,11,纵向磁约束：,带电粒子会像光在两面镜子间来回反射那样，被限制在两磁镜之间的范围内。,磁场由弱到强的配置称为磁镜。,12,13,4、霍尔（Hall）效应,在霍尔效应中，霍尔电阻与 B 成正比。,+,- - - - - - - - - - -,UH,霍尔电阻：,霍尔电压,14,霍尔器件：检测载流子、测弱磁场等。,【思考】载流子换成电子，UH的方向？,与正载流子情况相比，UH反向！,15,霍尔电阻量子化：,16,量子霍尔效应曲线,B,RH,2,3,4,经典霍尔电阻,17,磁场变化时霍尔电阻以台阶形式变化 台阶高度等于物理常数h/e2 除以整数n。h/e2 25k。 下面带峰的曲线表示欧姆电阻，在每个平台处趋于消失。,18,分数量子霍尔效应 崔琦和施特默1982 1998Nobel Prize,19,1998年诺贝尔物理学奖获得者之崔琦,美籍华人 Daniel C. Tsui 1939 生于河南 分数量子霍尔效应,20,载流导线元在磁场中受的力 安培力,证明：,三、安培力,21,粒子的磁矩：轨道磁矩 +自旋磁矩,四、磁场中的磁矩,22,4、非均匀磁场中的磁矩所受合力不为零,基态银原子的电子球对称分布: 轨道磁矩0,射线偏转，证实电子具有自旋磁矩！,23,电子具有自旋磁矩 电子具有自旋角动量,自旋是相对论的量子力学效应，无经典对应。,24,§7.6 磁场是哪来的？（教材 P212）,一、电场和磁场的相对论变换,设S系某地点的电场和磁场分别为 和 ，求,S'系该地点的电场 和磁场 ？,由洛仑兹力和速度的相对论变换,如何求：,25,S系 S'系的变换,S'系 S系的变换,其中,26,S 系：E (运动电荷的电场)，B = ?,二、匀速运动点电荷的磁场（§8.2,教材P252）,S'系(电荷系)：E'(静电场)，B'0,电场和磁场不是互相独立的，它们一起构成了一个统一的实体电磁场。,27,纵向电场不变，横向电场增加到 倍。,因 ，则有：,匀速运动点电荷的磁场,（注意 ）,28,其中,匀速运动点电荷的磁场：,若v c，注意到 c2=1/(00),29,【例】两电子以相同速度并排运动，求它们之间的作用力。,电子e1受e2的作用力：,30,