基础物理学讲稿.ppt
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1、基础物理学第一页,讲稿共四十一页哦#.如图,两个完全相同的回路如图,两个完全相同的回路L1和和L2,回路内包围有,回路内包围有 无限长直电流无限长直电流I1和和I2,P1和和P2是回路上两位置相同是回路上两位置相同 的点。图的点。图(b)中中L2外存在无限长直电流外存在无限长直电流I3,判断正误。,判断正误。第二页,讲稿共四十一页哦20.7 载流导线在载流导线在磁场磁场中受到中受到的作用的作用 BIdldF(电流元电流元)I对总线电流:对总线电流:具洛伦兹力本质具洛伦兹力本质:20-8 平面对称性平面对称性,两侧磁场的方向不是外法两侧磁场的方向不是外法,是右旋切向是右旋切向.20-10 参考大
2、球挖小球参考大球挖小球,此处是圆柱内挖圆柱此处是圆柱内挖圆柱,圆柱对称性圆柱对称性,2dxyzOP第三页,讲稿共四十一页哦I xy解:解:例例1.在在磁磁感感强强度度为为B的的均均匀匀磁磁场场中中,通通过过一一半半径径为为R的的半半圆圆导导线线中中的的电电流流为为I。若若导导线线所所在在平平面面与与B垂垂直,求该导线所受的安培力。直,求该导线所受的安培力。安培定律安培定律:几何关系几何关系#1 基本思路基本思路:微元法微元法,安培定律安培定律,叠加原理叠加原理,直角坐标系直角坐标系 半半圆圆形形载载流流导导线线上上所所受受的的力力与与其其两两个个端端点点相相连连的的直直导导线线所所受到的力受到
3、的力 大小大小?方向方向?第四页,讲稿共四十一页哦 利利用用毕毕萨萨定定律律与与安安培培定定律律,求求出出其其中中一一根根导导线线激激发发的的静静磁磁场场的的分分布布,再再计计算算其其它它载载流流导导线线在在磁磁场场中中受受到的安培力。到的安培力。2.两平行载流直导线间的作用力两平行载流直导线间的作用力 -电流单位电流单位“安培安培”的定义的定义AB通有电流通有电流I1,CD通有电流通有电流I2,AB/CD,间距间距d.忽略边缘效应忽略边缘效应在导线垂直平面在导线垂直平面参考极坐标系参考极坐标系如图如图第五页,讲稿共四十一页哦P点处的电流元受力:点处的电流元受力:讨论讨论AB中中I1激发静磁场
4、激发静磁场B1,CD因而受到的力因而受到的力单位长度的单位长度的CD受到受到AB的作用力的作用力:CD上上P点处磁感应强度:点处磁感应强度:#2 长直导线,场不同方向的长直导线,场不同方向的B,和和I2dl 受到的安培力受到的安培力?第六页,讲稿共四十一页哦单位长度的单位长度的ICD 受到受到IAB的力的力:单位长度的单位长度的IAB受到受到ICD的力的力:方向均垂直指向施力导线方向均垂直指向施力导线同向电流吸引同向电流吸引,异向电流排斥异向电流排斥二力等大小。二力等大小。第七页,讲稿共四十一页哦 两两个个同同方方向向的的平平行行载载流流直直导导线线,通通过过磁磁场场的的作作用,将用,将相互吸
5、引相互吸引。两两个个反反向向的的平平行行载载流流直直导导线线,通通过过磁磁场场的的作作用用,将将相互排斥相互排斥.每每一一段段导导线线单单位位长长度度所所受受的的斥斥力力的的大大小小与与这这两两电电流同方向情形下受到的引力相等。流同方向情形下受到的引力相等。“安培安培”的定义:的定义:真空中相距真空中相距1 m的二无限长平行直的二无限长平行直导线中载有导线中载有相等相等的的电流电流时,时,若在每米长若在每米长度导线上的相互作用力正好等于度导线上的相互作用力正好等于21010-7 7N N,则导线中的电流强度定义为,则导线中的电流强度定义为1 A。电流强度电流强度单位单位 的安培基准的安培基准#
6、4 安培力使载流直线安培力使载流直线,平动平动a,简单的磁悬浮简单的磁悬浮,可以可以有用有用转动转动,曲线?曲线?#3 两平行的载流圆线圈之间两平行的载流圆线圈之间,吸引吸引?排斥排斥?#磁铁磁铁?第八页,讲稿共四十一页哦 任任意意形形状状的的平平面面载载流流线线圈圈的的面面积积S,电流强度电流强度I,统一定义统一定义:为线圈的磁矩为线圈的磁矩ImP3.均匀磁场对载流线圈的作用均匀磁场对载流线圈的作用(1)矩形线圈在均匀磁场中受到的作用力矩形线圈在均匀磁场中受到的作用力若线圈有若线圈有N匝则匝则不关心磁矩激发磁场的场源效果不关心磁矩激发磁场的场源效果,关心在磁场中关心在磁场中,磁矩受到的作用力
7、磁矩受到的作用力(矩矩)第九页,讲稿共四十一页哦直直线电流受到安培力:线电流受到安培力:矩形载流线圈矩形载流线圈ABCD,设设AB边与磁场垂直边与磁场垂直,BC边与磁边与磁场夹角场夹角.第十页,讲稿共四十一页哦AB与与CD边受力大小为:边受力大小为:线圈受合力为零线圈受合力为零.合力矩等于两力偶(对质心)的力矩和。合力矩等于两力偶(对质心)的力矩和。俯视图俯视图T=Fd=?力偶的力矩力偶的力矩:l1第十一页,讲稿共四十一页哦磁场作用在线圈上总的力矩大小为:磁场作用在线圈上总的力矩大小为:方向方向 俯视图俯视图l1匀强磁场对矩形线圈的力矩:匀强磁场对矩形线圈的力矩:第十二页,讲稿共四十一页哦(2
8、)任意形状的刚性平面线圈在均匀磁场中受力矩任意形状的刚性平面线圈在均匀磁场中受力矩I基本方法基本方法:将线圈分割成许多矩形线圈将线圈分割成许多矩形线圈,每个矩形线圈的每个矩形线圈的磁矩方向都是磁矩方向都是.第第i个矩形线圈所受的力矩个矩形线圈所受的力矩,按电流右手旋向定法向按电流右手旋向定法向整个线圈所受的力矩为整个线圈所受的力矩为力矩方向相同力矩方向相同第十三页,讲稿共四十一页哦匀强磁场对平面刚性线圈的力矩:匀强磁场对平面刚性线圈的力矩:讨论:讨论:力矩的极值力矩的极值,力矩的作用趋势力矩的作用趋势l1力矩力矩 vs 角加速度角加速度,转动的方向转动的方向-趋势趋势如果给一个初始角速度如果给
9、一个初始角速度,反平行取向开始反平行取向开始,第十四页,讲稿共四十一页哦 在均匀外磁场中,平面载流线圈作为整体,受到合在均匀外磁场中,平面载流线圈作为整体,受到合力矩使线圈的磁矩转到力矩使线圈的磁矩转到B的方向,这使得线圈刚体产生了的方向,这使得线圈刚体产生了变化的角加速度变化的角加速度-均匀磁场中均匀磁场中,任意形状的任意形状的 刚性的平面载流线圈刚性的平面载流线圈受到的力矩受到的力矩 带电粒子在平面内沿闭合回路运动带电粒子在平面内沿闭合回路运动-轨道磁矩轨道磁矩;带电带电粒子如有自旋粒子如有自旋,则还具有则还具有-自旋磁矩自旋磁矩,这两种磁矩在匀,这两种磁矩在匀强磁场中各自受到的力矩强磁场
10、中各自受到的力矩,服从相同的规律服从相同的规律.“通电线圈在磁场中受到力矩通电线圈在磁场中受到力矩”是直流电动机是直流电动机(卷卷扬机扬机,电力机车电力机车,电动车电动车)和磁电式电流计等电磁装置和磁电式电流计等电磁装置的工作原理。的工作原理。驱动刚体作定轴转动驱动刚体作定轴转动第十五页,讲稿共四十一页哦第二十一章第二十一章 有磁介质存在的磁场有磁介质存在的磁场 21.1 物质的磁性物质的磁性 21.3 磁介质存在时的安培环路定理磁介质存在时的安培环路定理 21.2 磁化强度矢量磁化强度矢量真空中的静磁场真空中的静磁场,是什么是什么?规律规律?有什么用有什么用:带电粒子带电粒子 载流导线载流导
11、线 平面刚性载流线圈平面刚性载流线圈#真实物体真实物体-磁性特征磁性特征-场的所有源场的所有源-基本方法基本方法第十六页,讲稿共四十一页哦 自然界存在的物质自然界存在的物质,都是磁介质都是磁介质(磁导体磁导体?),物质对磁场的影响以及磁介质存在下的磁场规律物质对磁场的影响以及磁介质存在下的磁场规律,是是磁学中的一个重要问题磁学中的一个重要问题.若一个体系中的所有电流元分布保持不变若一个体系中的所有电流元分布保持不变,从而磁从而磁场分布不随时间变化场分布不随时间变化,则称为稳恒则称为稳恒(静静)磁场磁场.如果将一个不具有磁性如果将一个不具有磁性 或者或者 至少不表现出任何磁性的至少不表现出任何磁
12、性的物体放在磁场中会发生什么情况呢?物体放在磁场中会发生什么情况呢?21.1 21.1 物质的磁性物质的磁性磁磁 化:化:磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。磁介质:磁介质:与与(原原)磁场发生相互作用的物质称为磁介质磁场发生相互作用的物质称为磁介质.第十七页,讲稿共四十一页哦附加附加磁感应磁感应强度强度 磁化后介质磁化后介质内部的磁场内部的磁场_与外磁场和附加与外磁场和附加磁场的关系磁场的关系.1.磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 总磁感应强度外加磁感应强度均匀各向同性介质充满磁场均匀各向同性介质充满磁场,r 相对磁导率相对磁导率I0I0密绕长直螺线管密绕
13、长直螺线管第十八页,讲稿共四十一页哦弱磁质,弱磁质,顺磁质顺磁质:如如:Pt(1.00026),Al,O2,N2 抗磁质抗磁质:如:如:Cu(0.9999),Ag,Cl2,H2 强强磁质磁质,如:如:Fe(),Co,Ni 2.磁介质的分类:磁介质的分类:均匀各向同性介质充满磁场均匀各向同性介质充满磁场,r 相对磁导率相对磁导率导体导体,绝缘体绝缘体铁磁质,铁磁质,磁性材料磁性材料(10-4)第十九页,讲稿共四十一页哦 顺磁质表现为磁化后产生附加磁场与外加磁场方向顺磁质表现为磁化后产生附加磁场与外加磁场方向一致,使介质中磁场加强一致,使介质中磁场加强;顺磁性和抗磁性顺磁性和抗磁性:分子电流及对应
14、的分子磁矩分子电流及对应的分子磁矩;铁磁性材料铁磁性材料:磁畴磁畴。(自学内容自学内容)抗磁质磁化后形成附加磁场与原磁场方向相反抗磁质磁化后形成附加磁场与原磁场方向相反,使使介质中磁场减弱介质中磁场减弱;铁磁质同顺磁质近似,但介质中的磁场大大加强铁磁质同顺磁质近似,但介质中的磁场大大加强.上述表明上述表明不同物质不同物质放入磁场中后磁化程度不同放入磁场中后磁化程度不同,为什为什么呢?也就是么呢?也就是磁化的机理磁化的机理不同不同.(用铁屑显示磁场线用铁屑显示磁场线)去除外场有剩余磁场去除外场有剩余磁场-人工磁石人工磁石.第二十页,讲稿共四十一页哦3.分子电流分子电流(也可称为磁偶极子也可称为磁
15、偶极子)ISm电子的轨道运动电流电子的轨道运动电流:轨道磁矩轨道磁矩:电子轨道运动电子轨道运动(绕核绕核)的角动量的角动量:电子轨道磁矩与轨道角动量的关系:电子轨道磁矩与轨道角动量的关系:电子自旋磁矩和自旋角动量电子自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系:的关系:电子的磁矩电子的磁矩(以氢原子为模型以氢原子为模型)#当安培提出分子电流假说当安培提出分子电流假说(1822)时时,没有任何微观证据没有任何微观证据.第二十一页,讲稿共四十一页哦 原子核也有磁矩,但都小于电子磁矩的千分原子核也有磁矩,但都小于电子磁矩的千分之一。之一。通常不必计入分子磁矩。通常不必计入分子磁矩。分子磁矩和分子电流分子磁矩和分
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