1、1,2005年春季學(xué)期 陳信義編,第7章 磁力 自學(xué)總結(jié),電磁學(xué)（第三冊(cè)）,2,目 錄,【演示實(shí)驗(yàn)】磁體磁體、磁體電流、電流電流存在磁力，洛侖茲力,3,一、演示實(shí)驗(yàn),導(dǎo)線中：定向運(yùn)動(dòng)的電荷,磁體中：分子電流,7.1 - 7. 5,4,：定義磁場(chǎng),洛侖茲力,5,一些典型的磁感應(yīng)線的分布：,直線電流的磁感線,圓形電流的磁感線,6,直螺線管電流的磁感線,環(huán)形螺線管電流的磁感線,7,四個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)：,二 、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),因?yàn)殡姶艑W(xué)方程是洛侖茲協(xié)變的，所以洛侖茲力滿足力的相對(duì)論變換。,洛侖茲力,8,1、回旋加速器（cyclotron）,電子回旋周期與速度無(wú)關(guān)，所以帶電粒子每次經(jīng)過(guò)縫隙（電場(chǎng)區(qū)

2、域）均被加速。,9,2、磁聚焦電子顯微鏡,螺距：,帶電粒子每回旋一周所前進(jìn)的距離d與v無(wú)關(guān)。,10,均勻磁場(chǎng)中螺距相同的電子被聚焦：,實(shí)際中用得更多的是短線圈產(chǎn)生的非均勻磁場(chǎng)的磁聚焦作用，這種線圈通常稱為磁透鏡，它在電子顯微鏡中起了與光學(xué)儀器中的透鏡類似的作用。,11,3、磁約束,橫向磁約束：,磁場(chǎng)越強(qiáng)，半徑越小。在強(qiáng)磁場(chǎng)中，帶電粒子被約束在一根磁感應(yīng)線附近很小范圍內(nèi)，只能沿磁感應(yīng)線作縱向運(yùn)動(dòng)。,受控?zé)岷朔磻?yīng),等離子體,磁約束,12,縱向磁約束：,帶電粒子會(huì)像光在兩面鏡子間來(lái)回反射那樣，被限制在兩磁鏡之間的范圍內(nèi)。,磁場(chǎng)由弱到強(qiáng)的配置稱為磁鏡。,13,14,4、霍爾（Hall）效應(yīng),在霍爾效應(yīng)

3、中，霍爾電阻與 B 成正比。,+,- - - - - - - - - - -,UH,霍爾電阻：,霍爾電壓,15,霍爾器件：檢測(cè)載流子、測(cè)弱磁場(chǎng)等。,【思考】載流子換成電子，UH的方向？,與正載流子情況相比，UH反向！,16,霍爾電阻量子化：,17,量子霍爾效應(yīng)曲線,B,RH,2,3,4,經(jīng)典霍爾電阻,18,磁場(chǎng)變化時(shí)霍爾電阻以臺(tái)階形式變化 臺(tái)階高度等于物理常數(shù)h/e2 除以整數(shù)n。h/e2 25k。 下面帶峰的曲線表示歐姆電阻，在每個(gè)平臺(tái)處趨于消失。,19,分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng) 崔琦和施特默1982 1998Nobel Prize,20,1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者之崔琦,美籍華人 Daniel

4、 C. Tsui 1939 生于河南 分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng),21,載流導(dǎo)線元在磁場(chǎng)中受的力 安培力,證明：,三、安培力,22,粒子的磁矩：軌道磁矩 +自旋磁矩,四、磁場(chǎng)中的磁矩,23,4、非均勻磁場(chǎng)中的磁矩所受合力不為零,基態(tài)銀原子的電子球?qū)ΨQ分布: 軌道磁矩0,射線偏轉(zhuǎn)，證實(shí)電子具有自旋磁矩！,24,電子具有自旋磁矩 電子具有自旋角動(dòng)量,自旋是相對(duì)論的量子力學(xué)效應(yīng)，無(wú)經(jīng)典對(duì)應(yīng)。,25,7.6 磁場(chǎng)是哪來(lái)的？（教材 P212）,一、電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)論變換,設(shè)S系某地點(diǎn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別為 和 ，求,S系該地點(diǎn)的電場(chǎng) 和磁場(chǎng) ？,由洛侖茲力和速度的相對(duì)論變換,如何求：,26,S系 S系的變換,S系 S系的變換,其中,27,S 系：E (運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng))，B = ?,二、勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng)（8.2,教材P252）,S系(電荷系)：E(靜電場(chǎng))，B0,電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是互相獨(dú)立的，它們一起構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)體電磁場(chǎng)。,28,縱向電場(chǎng)不變，橫向電場(chǎng)增加到 倍。,因 ，則有：,勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng),（注意 ）,29,其中,勻速運(yùn)