主要内容
什么是磁力?
了解什么是磁力以及如何计算磁力。
什么是磁场力?
磁力是电磁力的结果, 电磁力是自然界的四种基本力之一, 是由 电荷的运动 引起的。两个包含相同运动方向的物体之间有相互吸引的电磁力。同样, 两个包含相反运动方向的物体之间有相互排斥的电磁力。
在我们关于 电磁场 的文章中我们学习了运动电荷周围的磁场分布。在那个情境下磁场力是磁场的相互作用产生的。
怎么计算磁场力?
假设有两个物体。他们之间磁场力的大小与每个物体 带电多少,运动多快 以及他们距离多远都有关。力的方向取决于每个电荷的相对运动方向。
磁场力是由 洛伦兹力 描述的。
力的方向可以用 右手手掌定则 表示。这个定则描述了里的方向为手掌张开的的方向。与右手定则一样,四指指向磁场方向,大拇指指向 正 电荷移动方向。如果移动的是负电荷(例如电子),那么大拇指就需要指向相反的方向,因为力会指向相反的方向。或者,你也可以用左手代表 负 电荷。
有时候我们想找出磁场中带有电流 的导线的受力情况。我们可以通过将之前的表达式变形来做到。如果你还记得速度是距离/时间的话,当导线长度为 ,我们可以写出:
而且由于电流是每秒流动的电荷量,
因此
导线受力
练习 1a:
图2展示了穿过马蹄形磁铁南北极的一根导线。导线连接的电池产生了的电流以图中的方向流动。如果两极间的磁场为 , 长的导线受力大小与方向是多少?
练习 1b:
假设磁铁往左平移了一点,导致导线现在离南极更近了。你觉得导线受力会如何变化?
练习1c:
假设一磁铁的磁感应强度未知。你可以提出一个调整这个实验从而测量磁感应强度的方法吗?假设你有尺子,绳子以及一些砝码。
阴极射线管中电子的磁场偏移
阴极射线管是一端有电子枪,另一端有磷光屏的疏散管。电子从电子枪以高速射出,之后撞击屏幕并释放光。
因为电子带电荷,可能通过电场力或磁场力使它们在飞行途中偏移。控制偏转会使亮点在屏幕上移动。老式射线管的电视机用的是磁场力的偏转迅速扫描屏幕来形成图像。
练习 2a:
图3显示了一个阴极射线管实验。一对线圈放置在阴极射线管外围并产生经过管子的磁场(未显示)。由于磁场作用,电子像图中显示的那样沿着圆形的一部分偏转。磁场方向朝向哪边?
练习 2b:
如果电子从电子枪以= 的速度水平射出,磁场的强度是多少?假设圆形路径的半径可以近似为 , 是管子的长度, 是水平偏转距离。