2021-2022学年高二物理竞赛课件：磁介质的磁场.pptx

磁介磁介磁介磁介质质质质的的的的磁场磁场磁场磁场2-2-7 磁介质的磁场磁介质的磁场一、磁介质的磁化一、磁介质的磁化1、磁化、磁化 由于物质的分子由于物质的分子(或原子或原子)中存在着运动中存在着运动的电荷，所以当物质放在磁场中时，其中的电荷，所以当物质放在磁场中时，其中的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处于一种特殊的状态中，这种现象叫做于一种特殊的状态中，这种现象叫做磁化磁化。磁化后的物质反过来又对磁场产生影磁化后的物质反过来又对磁场产生影响，我们称这种能影响磁场的物质为响，我们称这种能影响磁场的物质为磁介磁介质质。2、磁介质分类、磁介质分类 设没有磁介质时的磁感应强度为设没有磁介质时的磁感应强度为 Bo，附加磁场为附加磁场为 B，则磁介质中的总磁感应强，则磁介质中的总磁感应强度度 B 是是 Bo 和和 B 的迭加，即：的迭加，即：B=Bo+B(1)非磁性物质非磁性物质 顺磁质顺磁质：B Bo 介质中磁场增大介质中磁场增大 例如：锰、铬、铂、氮、氧等等。例如：锰、铬、铂、氮、氧等等。抗磁质抗磁质：B 1rB0Br1，B0B 与与同向同向，3、定性解释、定性解释分子电流：分子电流：任何物质的分子中，每个电子都在作任何物质的分子中，每个电子都在作环绕原子核的轨道运动，它们都可看成是环绕原子核的轨道运动，它们都可看成是一个很小的圆形电流，具有一定的磁矩，一个很小的圆形电流，具有一定的磁矩，电子本身还有自旋，自旋也有磁矩，它们电子本身还有自旋，自旋也有磁矩，它们都要产生磁效应。如果把分子为一个整体，都要产生磁效应。如果把分子为一个整体，每个分子中各个电子对外界产生的磁效应每个分子中各个电子对外界产生的磁效应的总和可以用一个等效的圆电流来表示，的总和可以用一个等效的圆电流来表示，叫做叫做分子电流分子电流。这些分子电流所具有的磁。这些分子电流所具有的磁矩矩 pm 叫做叫做分子磁矩分子磁矩。分分子子磁磁矩矩无外磁场时：无外磁场时：一些磁介质分子，分子磁矩一些磁介质分子，分子磁矩 pm=0；另一些磁介质分子另一些磁介质分子，分子磁矩分子磁矩 pm 0，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同，整个介质不显磁性。整个介质不显磁性。有外磁场时有外磁场时：(1)分子磁矩转向一致，产生一个与外磁场分子磁矩转向一致，产生一个与外磁场 Bo 方向一致的附加磁场方向一致的附加磁场 B。(2)电子磁矩的附加磁矩电子磁矩的附加磁矩pm 与外磁场与外磁场 Bo 方向相反，它又将产生一个与外磁场方向相反，它又将产生一个与外磁场 Bo 方向相反的附加磁场方向相反的附加磁场 B。pmBopmvfeipm 与与 Bo 同同向向Bopmvfeipmpm 与与 Bo 反反向向结论：结论：不论电子磁矩与外磁场的方向一致或不论电子磁矩与外磁场的方向一致或者相反，加上外磁场后总是产生一个与外磁者相反，加上外磁场后总是产生一个与外磁场场 Bo 方向相反的附加磁矩方向相反的附加磁矩pm，它将产生一，它将产生一个与外磁场方向相反的附加磁场个与外磁场方向相反的附加磁场 B。抗磁质：抗磁质：当无外磁场时当无外磁场时，分子中电子磁矩相，分子中电子磁矩相 互抵消，分子磁矩总和互抵消，分子磁矩总和 pm=0。在加上外磁场后在加上外磁场后，不存在分子磁矩，不存在分子磁矩 转向的效应，外磁场引起的附加磁转向的效应，外磁场引起的附加磁 矩矩pm是这类介质磁化的唯一原因。是这类介质磁化的唯一原因。所以附加磁场所以附加磁场 B 与外磁场与外磁场 Bo 方向相反。方向相反。顺磁质：顺磁质：在无外磁场时在无外磁场时，各个电子的磁效应，各个电子的磁效应 不相互抵消，因而存在一不相互抵消，因而存在一 个永久的个永久的 分子电流，且分子磁矩分子电流，且分子磁矩 pm 0。当存在外磁场时当存在外磁场时，外磁场在电子上，外磁场在电子上 也引起附加磁矩。但分子固有磁矩也引起附加磁矩。但分子固有磁矩 pm 比电子附加磁矩的总和比电子附加磁矩的总和 pm 大得多，以致大得多，以致 pm 可以忽略不计。可以忽略不计。这样，顺磁质在磁场中的磁化主要这样，顺磁质在磁场中的磁化主要 是由于是由于 pm 的取向作用所引起。的取向作用所引起。因此其附加磁场因此其附加磁场 B 与外磁场与外磁场 Bo 方向一致。方向一致。二、二、介质中的安培环路定律介质中的安培环路定律有介质时：l（I+I ）B dl.=00而对传导电流部分.lBdl=I000B/B =r0B =B/r0rlBdl.=I00rlB.dl=I0 0定义：rB 0H=Hldl.=I oB=r 0H=H 则有介质中的安培环路定律：B=r 0H=H B H r0：磁感应强度：磁场强度：介质的磁导率：介质的相对磁导率：真空磁导率c=ab矢量的叉乘问题矢量的叉乘问题c ab四指指向大拇指指向abcacb？但必然有1.用矢量形式表示的毕奥用矢量形式表示的毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律4rdlI3dB=r4rdlI2=rr()dB I dlrIIdBrdlI1.用矢量形式表示的毕奥用矢量形式表示的毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律4rdlI3dB=r4rdlI2=rr()aIIdBrdlI1.用矢量形式表示的毕奥用矢量形式表示的毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律4rdlI3dB=r4rdlI2=rr()I直线电流的直线电流的 B 与 IBII圆电流的圆电流的 B 与 IBII1I2I3ll+I+-2.安培环路定律回路与电流符号的关系安培环路定律回路与电流符号的关系Bldl.=I0qF=vB3.洛仑兹力洛仑兹力P=F v=0功率功率结论结论：洛仑兹力不作功洛仑兹力不作功F vqB4.安培定律安培定律dFB dlI=dF dlIBdFB dlIIIamp=BMmI S=pI l1 l2n=pmIoMBpmmp+BFF./2Mn 5感应电动势的方向感应电动势的方向分四种情况讨论：分四种情况讨论：0L绕绕行行方方向向1.ddt0 0，1.nL绕绕行行方方向向ddt0 0，i0 由定律得由定律得1.nL绕绕行行方方向向i0与与ddt0 0，由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。1.nLi绕绕行行方方向向与与ddt0 0，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。0，nL绕绕行行方方向向1.2.nLi绕绕行行方方向向与与ddt0 0，由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 0，i01.2.nLi绕绕行行方方向向nL绕绕行行方方向向与与ddt0 01.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 02.，i0 由定律得由定律得nLi绕绕行行方方向向nL绕绕行行方方向向与与ddt0 01.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 02.，i0 由定律得由定律得故故i与L方向相同。方向相同。nLi绕绕行行方方向向nLi绕绕行行方方向向 03.，nL绕绕行行方方向向ddt0 03.，nL绕绕行行方方向向ddt0 03.，i0 由定律得由定律得 nL绕绕行行方方向向与与ddt0 03.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。nLi绕绕行行方方向向与与ddt0 03.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。04.nLi绕绕行行方方向向nL绕绕行行方方向向与与ddt0 03.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 04.，nLi绕绕行行方方向向nL绕绕行行方方向向与与ddt0 03.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 04.，i0 由定律得由定律得nLi绕绕行行方方向向nL绕绕行行方方向向与与0 03.，i0 由定律得由定律得故故iL方向相反。方向相反。ddt0 04.，i0 由定律得由定律得故故i与L方向相同。方向相同。ddtnLi绕绕行行方方向向nLi绕绕行行方方向向vBEk=fme=Edlki.E.dlk=vB()dldlll 6.动生电动势动生电动势非静电性电场的场强为：非静电性电场的场强为：.di=vB()dl.dli=vB()dldll.fmv+Bv方向指向方向指向d l 为正为正d，vsin900cosdldl=B=vB()dl.dlv=vBdldl.cos()vBdldlB R，。求：动生电动势。求：动生电动势。vdlvBB+Rd 例例3 有一半圆形金属导线在匀强磁场中有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁力线运动。已知：作切割磁力线运动。已知：d，vsin900cosdldl=Bd=vB()dl.dlv=vBvBdldl.cos()vBdldlcosR d22=vB2RB R，。求：动生电动势。求：动生电动势。vdlvBB+R 例例3 有一半圆形金属导线在匀强磁场中有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁力线运动。已知：作切割磁力线运动。已知：式中的式中的S是以是以 l 为周界的任意曲面。为周界的任意曲面。Sl E感感eBte与与构成左旋关系。构成左旋关系。eeBtE感感Edl.感感l=eBte.dSs 涡旋电场涡旋电场 感生电动势感生电动势