理化生磁场课程讲解学习教案.pptx

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1、会计学1理化生磁场课程理化生磁场课程(kchng)讲解讲解第一页，共105页。恒定磁场（一种恒定磁场（一种(y zhn)(y zhn)特殊物质）知识结特殊物质）知识结构构磁磁感感应应强强度度(q(qiingngdd)磁场磁场(cchng)(cchng)描述描述相互作用相互作用能量能量真空中真空中的电流的电流基本规律基本规律高高斯斯定定理理环环流流定定理理恒定磁场的性质恒定磁场的性质磁磁通通量量磁介质磁介质第1页/共105页第二页，共105页。9.1 磁场磁场(cchng)力和磁感应强力和磁感应强度度电流电流(dinli)1.电流电流(dinli)、电、电流流(dinli)密度密度（1）电流的定

2、义：自由电子的定向运动形成电流）电流的定义：自由电子的定向运动形成电流（2）电流的方向：正电荷运动的方向）电流的方向：正电荷运动的方向（3）电流的大小：单位时间内通过导体截面的电量，既）电流的大小：单位时间内通过导体截面的电量，既单位单位时间内时间内电荷对截面积的通量电荷对截面积的通量S（4）稳恒电流：电流的大小和方向都不变的电流）稳恒电流：电流的大小和方向都不变的电流第2页/共105页第三页，共105页。（5）电流密度：描述）电流密度：描述(mio sh)电流空间分布的物理量电流空间分布的物理量dS空间空间(kngjin)某点电流密度的大小为：通过该点单位垂直截面上某点电流密度的大小为：通过

3、该点单位垂直截面上的电流的电流空间空间(kngjin)某点电流密度的方向为：该点电流的方向某点电流密度的方向为：该点电流的方向（6）通过空间某曲面的电流）通过空间某曲面的电流dSS通过通过 dS 面的电流面的电流通过通过 S 面的电流面的电流（7）电流线：描绘电流场（类似电力线）电流线：描绘电流场（类似电力线）第3页/共105页第四页，共105页。2.电流电流(dinli)连续性连续性方程方程 导体中一闭合面导体中一闭合面 S，t 时刻时刻(shk)有电荷有电荷 qS 单位时间单位时间(shjin)内流出的电内流出的电流等于单位时间流等于单位时间(shjin)内电内电荷减少量荷减少量电流连续性

4、方程电流连续性方程3.稳恒电流条件稳恒电流条件稳恒电流条件：任意时刻流出导体任意闭合曲面的电流等稳恒电流条件：任意时刻流出导体任意闭合曲面的电流等于流入该曲面的电流于流入该曲面的电流第4页/共105页第五页，共105页。一一.磁力磁力(cl)与与磁场磁场磁体磁体(ct)磁体磁体(ct)电流电流电流电流安培提出安培提出:一切磁现象起源于电荷运动一切磁现象起源于电荷运动运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场磁场的性质磁场的性质(1)对运动电荷对运动电荷(或电流或电流)有力的作用有力的作用;(2)磁场有能量磁场有能量第5页/共105页第六页，共105页。二二.磁感应强度磁感应强度(qingd)在闭

5、合在闭合(b h)回路中取电回路中取电流元流元电流元在磁场电流元在磁场(cchng)中的受力特点中的受力特点:(1)电流元在磁场中的方向不同电流元在磁场中的方向不同,受受力也不同力也不同;存在一个方向使存在一个方向使定义定义(2)当电流元的取向与磁感应强度的方当电流元的取向与磁感应强度的方向垂直时向垂直时,受到的磁场力最大受到的磁场力最大;磁感应强度磁感应强度的大小的大小定义定义该方向为磁感应强度的方向该方向为磁感应强度的方向第6页/共105页第七页，共105页。满足满足(mnz)（3）磁场）磁场(cchng)力力的方向的方向(fngxing)与与电流元电流元和磁感应强度和磁感应强度安培力公式

6、安培力公式右手螺旋关系右手螺旋关系第7页/共105页第八页，共105页。利用运动电荷利用运动电荷(dinh)在磁场中受力情况来测量磁场在磁场中受力情况来测量磁场(1)磁感应强度磁感应强度(qingd)的方向的方向运动电荷在磁场中运动时，存在运动电荷在磁场中运动时，存在(cnzi)一个方向使一个方向使定义定义(2)磁感应强度的的大小磁感应强度的的大小磁感应强度的大小磁感应强度的大小定义定义该方向为磁感应强度的方向该方向为磁感应强度的方向当运动电荷电量、速度一定时，运动电荷的运动方向与磁感当运动电荷电量、速度一定时，运动电荷的运动方向与磁感应强度的方向垂直时，受到的磁场力最大应强度的方向垂直时，受

7、到的磁场力最大磁感应强度的单位：磁感应强度的单位：T（1T=10000Gs）第8页/共105页第九页，共105页。的关系的关系(gun x)（3）磁场）磁场(cchng)力力与磁感应强度与磁感应强度(qingd)洛仑兹力公式洛仑兹力公式的方向的方向洛仑兹力的大小洛仑兹力的大小洛仑兹力的方向洛仑兹力的方向注意电荷为负时，力的方向取逆方向注意电荷为负时，力的方向取逆方向第9页/共105页第十页，共105页。静电场二作业静电场二作业(zuy)(zuy)中的中的问题问题抄作业有什么抄作业有什么(shn(shn me)me)好处？好处？第10页/共105页第十一页，共105页。二二.填空题填空题:1.如

8、图所示，一等边三角形边长如图所示，一等边三角形边长为为a，三个顶点上分别放置，三个顶点上分别放置(fngzh)着电量为着电量为q,2q,3q的三的三个正点电荷。设无穷远处为电势个正点电荷。设无穷远处为电势零点，则三角形中心处零点，则三角形中心处O的电势的电势aq3q2qOr第11页/共105页第十二页，共105页。3 把一个均匀带电量为把一个均匀带电量为+Q 的球形肥皂泡由半径的球形肥皂泡由半径 r1 吹到半径吹到半径 r2，则半径为，则半径为 R(r1 R 0，否则，否则 I 0 4.多电流多电流(dinli)情况情况 在环路在环路 L 中中 在环路在环路 L 外外 环路上各点的磁场为所有电

9、流的贡献环路上各点的磁场为所有电流的贡献但外部电流对磁但外部电流对磁环流环流无贡献无贡献磁场的环流与环路中所包围的电流有关，与环路外的电流无关，磁场的环流与环路中所包围的电流有关，与环路外的电流无关，与环路的形状无关。上式与环路的形状无关。上式具有普适性，对任何磁场都成立具有普适性，对任何磁场都成立。第45页/共105页第四十六页，共105页。安培环路安培环路(hun l)定律定律 恒定电流的磁场中，磁感应强度恒定电流的磁场中，磁感应强度(qingd)沿一闭合路径沿一闭合路径 L 的线积的线积分等于路径分等于路径 L 包围的电流强度包围的电流强度(qingd)的代数和的的代数和的 倍倍则磁场则

10、磁场(cchng)环流为环流为 包围的电流包围的电流第46页/共105页第四十七页，共105页。(1)积分积分(jfn)回路方向与电流方向呈右螺旋关系回路方向与电流方向呈右螺旋关系满足满足(mnz)右螺旋关系时右螺旋关系时 反之反之(fnzh)(fnzh)(2)磁场是有旋场磁场是有旋场 电流是磁场涡旋的轴心电流是磁场涡旋的轴心(3)安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设想的安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设想的一段载流导线不成立一段载流导线不成立图中载流直导线图中载流直导线,设设 例例讨论讨论则则 L L 的环流为的环流为:第47页/共105页第四十八页，共105页。例例

11、求无限求无限(wxin)长圆柱面电流的磁场分布。长圆柱面电流的磁场分布。PL解解 系统有轴对称性，圆周系统有轴对称性，圆周(yunzhu)上各点的上各点的 B 相同相同时过圆柱面外时过圆柱面外P 点做一圆周点做一圆周(yunzhu)时在时在圆柱面圆柱面内做一圆周内做一圆周切线方向切线方向二二.安培环路定理的应用安培环路定理的应用 第48页/共105页第四十九页，共105页。无限长圆柱体载流直导线的磁场无限长圆柱体载流直导线的磁场(cchng)分布分布 区域区域(qy)：区域区域(qy)：推广推广第49页/共105页第五十页，共105页。例例将将半半径径(bnjng)为为 R 的的无无限限长长导

12、导体体薄薄壁壁管管（厚厚度度忽忽略略）沿沿轴轴向向割割去去一一宽宽度度为为h（hb，这这两两个个圆圆柱柱面面带带有有等等值值异异号号电电荷荷 Q，两两圆圆柱柱面面间间充充满满介电常数为介电常数为的电介质。求：的电介质。求：.在在一一个个(y)半半径径为为 r(a r b)厚厚度度 dr 为为的的圆圆柱柱壳壳中任一点的能量密度中任一点的能量密度 w 是多少？是多少？.这柱壳中的能量这柱壳中的能量 dW 是多少？是多少？.电介质中总能量电介质中总能量 W 是多少？是多少？.从电介质总能量求圆柱形电容器的电容从电介质总能量求圆柱形电容器的电容 C。abrdrL主要主要(zhyo)问题介电常数！问题介

13、电常数！第57页/共105页第五十八页，共105页。上堂课讲授上堂课讲授(jingshu)(jingshu)的主要内容的主要内容N 匝线圈匝线圈(xinqun)的磁矩的磁矩载流螺线管轴线载流螺线管轴线(zhu xin)上的磁场上的磁场 无限长载流螺线管无限长载流螺线管运动电荷的磁场运动电荷的磁场 第58页/共105页第五十九页，共105页。磁力线磁力线(1)方向方向(fngxing)(2)大小大小(dxio)(3)无头无尾无头无尾(w tu w wi)的闭的闭合曲线合曲线(4)与电流相互套连，服从右手螺旋定则与电流相互套连，服从右手螺旋定则(5)磁力线不相交磁力线不相交磁通量磁通量磁场的高斯定

14、理磁场的高斯定理第59页/共105页第六十页，共105页。安培安培(npi)环路定律环路定律 第60页/共105页第六十一页，共105页。例例 求螺绕环电流的磁场求螺绕环电流的磁场(cchng)分布及螺绕环内的磁通量分布及螺绕环内的磁通量 解解 在螺绕环内部做一个在螺绕环内部做一个(y)环路，可得环路，可得 若螺绕环的截面若螺绕环的截面(jimin)很小，很小，若在外部再做一个环路，可得若在外部再做一个环路，可得螺绕环内的磁通量为螺绕环内的磁通量为第61页/共105页第六十二页，共105页。例例 求无限大平面电流求无限大平面电流(dinli)的的磁场磁场 解解 面对面对(min du)称称 推

15、广推广(tugung)：有厚度的无限大平面电流：有厚度的无限大平面电流 在外部在外部 在内部在内部 x第62页/共105页第六十三页，共105页。磁场一作业磁场一作业(zuy)(zuy)提提示示第63页/共105页第六十四页，共105页。一一.选择题选择题:2 如如图图所所示示：边边长长为为 a 的的正正方方形形四四个个角角上上固固定定有有四四个个电电量量均均为为 q 的的点点电电荷荷。此此正正方方形形以以角角速速度度绕绕 ac 轴轴旋旋转转时时，在在中中心心 O 点点产产生生的的磁磁感感应应强强度度(qingd)大大小小为为 B1；此此正正方方形形同同样样以以角角速速度度绕绕过过 O 点点垂

16、垂直直于于正正方方形形平平面面的的轴轴旋旋转转时时，在在中中心心 O 点点产产生生的的磁磁感感应应强强度度(qingd)大大小小为为B2，则则 B 1与与 B 2 间间的的关关系系 acaO由由 I1 B1 （注意（注意(zh y)半径半径的值）的值）由由 I2 B2 （注意（注意(zh y)半径半径的值）的值）第64页/共105页第六十五页，共105页。3 有有一一无无限限长长通通电电流流的的扁扁平平铜铜片片，宽宽度度(kund)为为 a，厚厚度度不不计计。电电流流 I 在在铜铜片片上上均均匀匀分分布布，在在铜铜片片外外与与铜铜片片共共面面，离离铜铜片片右右边边缘缘为为 b 处处的的 p 点

17、点（如如图图）的的磁磁感感应应强强度度的的大大小小为为 xbaxdxdx中电流中电流(dinli)dx产生的产生的 dB=?无限无限(wxin)长直电流长直电流第65页/共105页第六十六页，共105页。4.在半径为在半径为 R 的长直金属圆柱体内部的长直金属圆柱体内部(nib)挖去一个半径挖去一个半径为为 r 的长直圆柱体的长直圆柱体,两圆柱体轴线平行，其间距为两圆柱体轴线平行，其间距为a,如图如图.今今在此导体上通以电流在此导体上通以电流 I，电流在截面上均匀分布，则空心，电流在截面上均匀分布，则空心部分轴线上部分轴线上o点的磁感应强度点的磁感应强度 B 的大小为的大小为 IORaOr设空

18、圆柱体内有相同设空圆柱体内有相同(xin tn)电电流密度、方向相反的一对电流流密度、方向相反的一对电流 I、-I原模型和原模型和 I 形成闭合形成闭合(b h)无无限长圆柱体产生限长圆柱体产生-I 产生产生注意：电流密度注意：电流密度第66页/共105页第六十七页，共105页。三、计算题：三、计算题：1 有一条载有电流有一条载有电流 I 的导线弯成如图示的导线弯成如图示 abcda 形状形状,其中其中 ab、cd 是直线段，其是直线段，其余为圆弧。两段圆弧的长度和半径余为圆弧。两段圆弧的长度和半径(bnjng)分别为分别为 l1、R1和和 l2、R2,且且两段圆弧共心。求圆心两段圆弧共心。求

19、圆心O处的磁感应强处的磁感应强度。度。l1 产生产生(chnshng)的（圆弧）的（圆弧）（方向（方向(fngxing)？）？）l2 类似（方向？）类似（方向？）ab 产生的（有限直线）产生的（有限直线）（方向？）（方向？）cd 类似类似第67页/共105页第六十八页，共105页。2 用用两两根根彼彼此此平平行行(pngxng)的的半半无无限限长长直直导导线线L1、L2 把把半半径径为为 R 的的均均匀匀导导体体圆圆环环联联到到电电源源上上，如如图图所所示示。已已知知直直导导线线上上的的电电流流为为 I。求求圆圆环环 中中 心心 O 点点 的的 磁磁 感感 应应 强强 度度 I1I2L1 产生

20、的（过圆心产生的（过圆心(yunxn)的直电流）的直电流）L2 产生产生(chnshng)的（直电流）的（直电流）I1、I2 大小之比？弧长之比？方向如何？大小之比？弧长之比？方向如何？I1、I2 产生的产生的ROabIIL1L2第68页/共105页第六十九页，共105页。载流导体产生载流导体产生(chnshng)磁场磁场磁场磁场(cchng)对电对电流有作用流有作用一一.磁场对载流导线磁场对载流导线(doxin)(doxin)的的作用作用大小：大小：方向：方向：由右手螺旋法则确定由右手螺旋法则确定9.5 9.5 磁场对电流的作用磁场对电流的作用安培力安培力1 磁场对电流元的作用力磁场对电流元

21、的作用力 2 磁场对磁场对载流导线载流导线的作用力的作用力第69页/共105页第七十页，共105页。(1)安培定理安培定理(dngl)是矢量表述式是矢量表述式(2)若磁场若磁场(cchng)为匀强场为匀强场 （3）在匀强磁场中的闭合）在匀强磁场中的闭合(b h)电流电流受力受力载流直导线在匀强磁场中载流直导线在匀强磁场中 力的大小力的大小 当载流直导线在匀强磁场中，当载流直导线在匀强磁场中，且垂直磁场时且垂直磁场时 讨论讨论第70页/共105页第七十一页，共105页。xyOAIL此段此段(c dun)(c dun)载流导线受的磁力。载流导线受的磁力。在电流在电流(dinli)上任取电流上任取电

22、流(dinli)元元例例在均匀磁场中放置一任意在均匀磁场中放置一任意(rny)(rny)形状的导线，电流强度为形状的导线，电流强度为 I I求求解解相当于载流直导线相当于载流直导线在匀强磁场中受的力，方向沿在匀强磁场中受的力，方向沿 y y 向。向。z第71页/共105页第七十二页，共105页。例例 求两平行无限求两平行无限(wxin)长直导线之间的相互作用力长直导线之间的相互作用力解解 电流电流(dinli)2 处于电流处于电流(dinli)1 的磁场中的磁场中同时同时(tngsh)，电流，电流 1 处于电流处于电流 2 的磁场中，的磁场中，电流电流 2 中单位长度上受的安培力中单位长度上受

23、的安培力电流电流 1 中单位长度上受的安培力中单位长度上受的安培力第72页/共105页第七十三页，共105页。(1)定义定义(dngy):真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若相距相距 1 米，单位长度受力米，单位长度受力(2)电流电流(dinli)之间的磁力符合牛顿第三定律：之间的磁力符合牛顿第三定律：则电流则电流(dinli)(dinli)为为1 1 安培。安培。(3)两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三定律定律讨论讨论第73页/共105页第七十四页，共105页。例例 求一载流导线求一载流导线

24、(doxin)框在无限长直导线框在无限长直导线(doxin)磁场中的受力和运动趋势磁场中的受力和运动趋势解解 1234方向向左方向向左方向向右方向向右 整个线圈整个线圈(xinqun)所受的合力：所受的合力：线圈线圈(xinqun)向左向左做平动做平动1324第74页/共105页第七十五页，共105页。二二.磁场对平面磁场对平面(pngmin)(pngmin)载流线圈的作用载流线圈的作用（方向相反在同一（方向相反在同一(tngy)直线上）直线上）（线圈（线圈(xinqun)无平无平动）动）（2）力矩分析）力矩分析1.在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈（方向相反方向相反

25、不在一条直线上）不在一条直线上）+A(B)D(C)（1）受力分析）受力分析第75页/共105页第七十六页，共105页。令令2.磁矩磁矩与与 I I 成右手定则成右手定则对于对于(duy)N(duy)N 匝线圈匝线圈3.力矩力矩(l j)与磁矩的关系与磁矩的关系N N 匝线圈匝线圈(xinqun)(xinqun)的力矩的力矩N N 匝线圈的力矩的矢量式匝线圈的力矩的矢量式力矩与磁矩的关系力矩与磁矩的关系普适普适讨论讨论(1)(2)(3)稳态稳态亚稳态亚稳态第76页/共105页第七十七页，共105页。上堂课讲授上堂课讲授(jingshu)(jingshu)的主要内容的主要内容安培力安培力磁场磁场(

26、cchng)对载流导线的作用力对载流导线的作用力力矩力矩(l j)与磁矩的关系与磁矩的关系第77页/共105页第七十八页，共105页。三三 磁场磁场(cchng)力的功力的功1 安培力对运动安培力对运动(yndng)载流导线的功载流导线的功Ildx力的大小力的大小(dxio)dt 时段内力作的微功时段内力作的微功有限时段内力作的功有限时段内力作的功若电流不变若电流不变由于磁场是非保守力场，磁力作由于磁场是非保守力场，磁力作功不等于磁场能量的减少量功不等于磁场能量的减少量第78页/共105页第七十九页，共105页。2 磁力矩磁力矩(l j)对载流线圈的功对载流线圈的功负负 号号(f f h h

27、o o)表表 示示力力 矩矩 作作 正正 功功 时时 减减小小非均匀磁场中的平面非均匀磁场中的平面(pngmin)(pngmin)电流环电流环线圈有平动和转动线圈有平动和转动+A(B)D(C)若电流不变若电流不变第79页/共105页第八十页，共105页。（1）对）对 Y 轴的力矩轴的力矩(l j)Y例例求求解解有一半径为有一半径为 R 的半圆形闭合线圈，电流方向如图所示，线的半圆形闭合线圈，电流方向如图所示，线圈处于圈处于(chy)均匀磁场中均匀磁场中（2 2）在该力矩）在该力矩(l j)(l j)作用下，线圈转过作用下，线圈转过 90 90 所作的功所作的功XR（1 1）I磁矩方向为磁矩方向

28、为力矩的大小力矩的大小力矩的方向为力矩的方向为 Y Y 方向方向（2 2）第80页/共105页第八十一页，共105页。一一.洛伦兹力公式洛伦兹力公式(gngsh)(gngsh)实验实验(shyn)结果结果 安培力与洛伦兹力的关系安培力与洛伦兹力的关系(gun x)安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加9.6 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动第81页/共105页第八十二页，共105页。(1)洛伦兹力始终与电荷洛伦兹力始终与电荷(dinh)运动方向垂直，故运动方向垂直，故讨论讨论(toln(toln)对电荷对电荷(dinh)(dinh)不作功不作功(2)在

29、一般情况下，空间中电场和磁场同时存在在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在二二.带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动 粒子回转周期与频率粒子回转周期与频率情况情况第82页/共105页第八十三页，共105页。一般一般(ybn)情况情况 带电粒子作螺旋运动带电粒子作螺旋运动 磁聚焦磁聚焦(jjio)原理原理 粒子粒子(lz(lz)源源A A 很小时很小时接收接收器器 A A发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚第83页/共105页第八十四页，共105页。（1 1）电子将何方向）电子将何方向(fngxing)(fngxin

30、g)偏偏转？转？例例求求解解（2 2）电子）电子(dinz)(dinz)的加速度的加速度（1 1）由）由磁场磁场(cchng)(cchng)方向如图所示，方向如图所示，B=5.5B=5.5 10-5 T10-5 T，电子以，电子以 Y Y 方向入射，其动能为方向入射，其动能为 EK=1.2 EK=1.2 104 eV104 eV（3 3）电子向）电子向 Y Y 方向运动方向运动 20cm20cm 处，向处，向 X X 方向转移多少？方向转移多少？YZXROxy入射时向入射时向 X X 方向偏转方向偏转（2 2）（3 3）由由第84页/共105页第八十五页，共105页。霍尔效应霍尔效应(xioy

31、ng)(xioyng)18791879年年 霍尔发现在一个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一霍尔发现在一个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则板面两侧磁场，则板面两侧(lin c)(lin c)会出现微弱电势差会出现微弱电势差(霍尔效应霍尔效应)电场力电场力:洛伦兹力洛伦兹力:实验实验(shyn)结果结果受力分析受力分析ldIab(方向向下方向向下)(方向向上方向向上)+第85页/共105页第八十六页，共105页。当达到当达到(d do)(d do)动态平衡时：动态平衡时：(霍耳系数霍耳系数(xsh)它是研究半导体材料性质的有效方法（浓度它是研究半导体材料性质的有效方法（浓度(n

32、ngd)(nngd)随杂随杂质、温度等变化）质、温度等变化）讨论讨论(1)通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度第86页/共105页第八十七页，共105页。(2)区分半导体材料区分半导体材料(cilio)类型类型 霍尔系数霍尔系数(xsh)的正负与载流子电荷性质有关的正负与载流子电荷性质有关+N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体高温高温(gown)(gown)导导电气体电气体没有机械转动部分造成的没有机械转动部分造成的能量损耗能量损耗可提高效率可提高效率特点：特点：(3)磁流体发电磁流体发电第87页/共105页第八十八页，共105页。一一.磁介

33、质及其分类磁介质及其分类(fn li)1.磁介质磁介质 任何任何(rnh)实物都是磁介实物都是磁介质质磁介质放入外场磁介质放入外场(wichng)相对磁导率相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度反映磁介质对原场的影响程度 磁介质产生磁介质产生“磁化场磁化场”可同向，可反向可同向，可反向磁介质中的磁场磁介质中的磁场（各向同性介质）（各向同性介质）9.7 物质的磁性物质的磁性第88页/共105页第八十九页，共105页。2.磁介质的分类磁介质的分类(fn li)顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质减弱减弱(jinru)原场原场增强增强(zngqing)原场原场如如 锌、铜、水银、铅等锌、铜、水银、铅等如如 锰、

34、铬、铂、氧等锰、铬、铂、氧等弱弱磁磁性性物物质质顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1铁磁质铁磁质通常不是常数通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质强磁性物质第89页/共105页第九十页，共105页。二二.磁化磁化(chu)机理机理原子原子(yunz)中电子的轨道磁矩中电子的轨道磁矩1.安培分子环流的概念安培分子环流的概念(ginin)和和方法方法电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩分子磁矩分子磁矩所所 有有 电电 子子 磁磁矩矩 的的 总总 和和抗磁质抗磁质无外场作用时，对外不显磁性无外场作用时，对外不显磁性顺磁质顺磁质无外

35、场作用时，由于热运动，对外无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性也不显磁性第90页/共105页第九十一页，共105页。2.磁介质的磁化磁介质的磁化(chu)抗磁质磁化抗磁质磁化(chu)在外场作用下，每个分子在外场作用下，每个分子(fnz)中的所有电子都产生感应中的所有电子都产生感应磁矩磁矩磁介质产生附加磁场与外场方向磁介质产生附加磁场与外场方向相反相反分分子子环环流流在在外外场场作作用用下下，产产生生取取向向转转动动，磁磁矩矩将将转转向向外外场场方方向向 宏宏观观上上产产生生附附加加 磁磁 场场 与与 外外 场场 方方 向向相相 同同顺磁质磁化顺磁质磁化第91页/共105页第九十二页，共1

36、05页。三三.有磁介质的磁高斯定理有磁介质的磁高斯定理磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合(b h)曲曲线线(含磁介质的磁高斯定理含磁介质的磁高斯定理)对于对于(duy)任意闭合曲面任意闭合曲面S第92页/共105页第九十三页，共105页。四四.有磁介质时的安培有磁介质时的安培(npi)环路定环路定理理1.束缚束缚(shf)电流电流以无限以无限(wxin)长螺线长螺线管为例管为例顺顺磁磁质质在磁介质内部的任一小区域：在磁介质内部的任一小区域：相邻的分子环流的方向相反相邻的分子环流的方向相反在磁介质在磁介质表面表面处各点：处各点：分子环流未

37、被抵消分子环流未被抵消形成沿表面流动的面电流形成沿表面流动的面电流束缚电流束缚电流结论：结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生介质中磁场由传导和束缚电流共同产生第93页/共105页第九十四页，共105页。2.磁介质中的安培环路磁介质中的安培环路(hun l)定理定理（各向同性（各向同性(xin tn(xin tn xn)xn)介质）介质）无磁介质时无磁介质时 加入加入(jir)(jir)磁介磁介质时质时定义磁场强度定义磁场强度(磁介质的安培环路定理磁介质的安培环路定理)（各向同性介质）（各向同性介质）第94页/共105页第九十五页，共105页。磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分

38、路径磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径所包围所包围(bowi)的所有传导电流的代数和。的所有传导电流的代数和。对于对于(duy)(duy)各向同性介质，在外磁场不太强的情况下各向同性介质，在外磁场不太强的情况下解题方法：先用安培环路定理求磁场强度解题方法：先用安培环路定理求磁场强度(cchng qingd)，后再求磁感应，后再求磁感应强度强度非各向同性介质非各向同性介质第95页/共105页第九十六页，共105页。无限长载流圆柱体，其内外相对无限长载流圆柱体，其内外相对(xingdu)磁导率分别为磁导率分别为例例求求解解 在圆柱体内区域在圆柱体内区域(qy)中，选中，选环路环路

39、 L 磁场强度磁场强度(cchng qingd)和磁感应强度和磁感应强度根据磁介质的安培环路定理根据磁介质的安培环路定理 在圆柱体在圆柱体外外区域中，选环路区域中，选环路 L根据磁介质的安培环路定理根据磁介质的安培环路定理非非无限长载流圆柱体如何？无限长载流圆柱体如何？第96页/共105页第九十七页，共105页。磁场磁场(cchng)(cchng)二作业二作业提示提示第97页/共105页第九十八页，共105页。一一.选择题选择题:判定判定(pndng)(pndng)大圆在圆心出磁感应强度方向和小圆法线方向大圆在圆心出磁感应强度方向和小圆法线方向2.有有两两个个同同心心圆圆线线圈圈，大大圆圆半半

40、径径为为 R，通通有有电电流流 I1；小小圆圆半半径径为为 r，通通有有电电流流 I2，方方向向如如图图。若若 r R（大大线线圈圈在在小小线线圈圈处处产产生生的的磁磁场场近近似似为为均均匀匀(jnyn)磁磁场场)，当当它它们们处处在在同同一一平平面面内内时时小小线线圈圈所所受受磁磁力力矩矩的的大大小小为为 。I1I2Rr第98页/共105页第九十九页，共105页。3.如图如图,一个电量为一个电量为+q、质量为、质量为 m 的质点，的质点，以速度以速度 沿沿 x 轴射入磁感强度为轴射入磁感强度为 B 的均的均匀磁场中，磁场方向垂直纸面向里，其范匀磁场中，磁场方向垂直纸面向里，其范围从围从 x=

41、0 延伸延伸(ynshn)到无限远，如果质到无限远，如果质点在点在 x=0 和和 y=0 处进入磁场，则它将以速处进入磁场，则它将以速度度-从磁场中某一点出来，这点坐标是从磁场中某一点出来，这点坐标是 x=0 和和 。xy判定判定(pndng)入射时电子偏转方向入射时电子偏转方向判定出射时纵向判定出射时纵向(zn xin)坐标坐标B O 第99页/共105页第一百页，共105页。二、填空题：二、填空题：角度角度=？磁力矩？磁力矩(l j)表达式中含速度表达式中含速度2.氢氢原原子子中中，电电子子绕绕原原子子核核沿沿半半径径为为 r 的的圆圆周周运运动动，它它等等效效于于一一个个圆圆形形电电流流

42、，如如果果外外加加一一个个磁磁感感应应强强度度为为 B 的的磁磁场场，其其磁磁力力线线与与轨轨道道平平面面平平行行，那那么么这这个个圆圆电电流流所所受受的的磁磁力力矩矩的的大大小小 M=。(设设电电子子质质量量(zhling)为为 m,电电子子电电量量的的绝绝对对值值为为 e)。求出速度求出速度(sd)，代入磁力矩表达式，消速度，代入磁力矩表达式，消速度(sd)Br第100页/共105页第一百零一页，共105页。三、证明题：三、证明题：如图如图,一条任意形状的载流导线位于一条任意形状的载流导线位于(wiy)均匀磁场中均匀磁场中,试证明试证明它所受的安培力等于载流直导线它所受的安培力等于载流直导

43、线ab所受的安培力所受的安培力.xy建立建立(jinl)“(jinl)“倾斜倾斜”坐标系坐标系第101页/共105页第一百零二页，共105页。四、问答题：四、问答题：图图中中曲曲线线(qxin)是是一一带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的运运动动轨轨迹迹,斜斜线线部部分分是是铝铝板板,粒粒子子通通过过它它要要损损失失能能量量.磁磁场场方方向向如如图图.问问粒粒子子电电荷荷是是正正号号还还是是负负号号?说说明明理理由由.由上下区圆弧半径大小由上下区圆弧半径大小(dxio)判断速度大小判断速度大小(dxio)判别粒子是从哪一区进入哪一区判别粒子是从哪一区进入哪一区根据通过铝板进入根据通过铝板进入(jnr)第二区时的偏转方向，判别电荷正负第二区时的偏转方向，判别电荷正负 第102页/共105页第一百零三页，共105页。上堂课讲授的主要上堂课讲授的主要(zhyo)(zhyo)内容内容带电粒子在均匀磁场带电粒子在均匀磁场(cchng)(cchng)中的运中的运动动粒子回转周期粒子回转周期(zhuq)(zhuq)与频与频率率情况情况一般情况一般情况 带电粒子作螺旋运动带电粒子作螺旋运动第103页/共105页第一百零四页，共105页。外磁场外磁场(cchng)中的磁介质中的磁介质含磁介质的磁高斯定理含磁介质的磁高斯定理第104页/共105页第一百零五页，共105页。