11稳恒磁场(6时)解读.ppt

《11稳恒磁场(6时)解读.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《11稳恒磁场(6时)解读.ppt（57页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十一章第十一章 稳恒磁场稳恒磁场伟美教育伟美教育-伟岸事业，美好生活，教育人生伟岸事业，美好生活，教育人生今日教学内容（今日教学内容（1时）时）了解了解磁场磁场掌握掌握毕萨定律毕萨定律11.7/9/10/12司司 南南指南针指南针物理学物理学(电磁学电磁学)Magnetic Field:物理学物理学(电磁学电磁学)磁石、铁磁性物质具有磁性，具有磁石、铁磁性物质具有磁性，具有南极南极和和北极北极。18201820年奥斯特发现：电流也具有磁性。年奥斯特发现：电流也具有磁性。SNSNISN磁极、电流之间有磁力作用。磁性本质是什么呢？磁性起源磁性起源物理学物理学(电磁学电磁学)18221822年安培

2、提出年安培提出：分子电流假说分子电流假说不显不显磁性磁性显磁性显磁性磁性本质：磁性本质：运动电荷运动电荷是一切磁现象的根源。是一切磁现象的根源。磁性本质磁性本质运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场 磁力磁力物理学物理学(电磁学电磁学)单位单位 特斯拉特斯拉+磁感强度方向：磁感强度方向：当当正正电荷将电荷将 方向定方向定义为该点的义为该点的 的方向。的方向。磁感强度磁感强度 大小大小运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中受力受力11.1.1磁场定义磁场定义物理学物理学(电磁学电磁学)P*11.1.2 毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律电流元电流元在空间产生的磁场在空间产生的磁场：真空磁导率真空磁导率 任

3、意载流导线在点任意载流导线在点 P 处的磁感强度，磁感强度满足处的磁感强度，磁感强度满足叠加原理：叠加原理：物理学物理学(电磁学电磁学)+11.1.3毕奥毕奥萨伐尔定律微观解释萨伐尔定律微观解释毕毕萨萨定律定律 运动电荷的磁场运动电荷的磁场使用条件使用条件+S物理学物理学(电磁学电磁学)PCD*例例1 载流长直导线的磁场。载流长直导线的磁场。解解均沿均沿 x 轴的负方向轴的负方向11.1.4 毕奥毕奥萨伐尔定律应用萨伐尔定律应用物理学物理学(电磁学电磁学)无限长无限长载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场（续）载流长直导线的磁场（续）电流与磁感强度成电流与磁感强度成右手螺旋关系

4、右手螺旋关系齐头半无限长齐头半无限长载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场*PIBX X物理学物理学(电磁学电磁学)解法一解法一 圆电流的磁场圆电流的磁场向外向外 例例2：半径半径 为为 的带电薄圆盘的电荷面密度的带电薄圆盘的电荷面密度为为 ,并以角速度并以角速度 绕通过盘心垂直于盘面的轴转绕通过盘心垂直于盘面的轴转动动，求求圆盘圆盘中心中心的磁感强度。的磁感强度。向内向内运动电荷的磁场例题运动电荷的磁场例题物理学物理学(电磁学电磁学)解法二解法二 运动电荷的磁场运动电荷的磁场运动电荷的磁场例题（续）运动电荷的磁场例题（续）物理学物理学(电磁学电磁学)11.2 稳恒磁场的特性稳恒磁场的特性高斯定

5、理和安高斯定理和安培环路定理培环路定理伟美教育伟美教育-伟岸事业，美好生活，教育人生伟岸事业，美好生活，教育人生今日教学内容（今日教学内容（1时）时）掌掌握握磁磁场场的的高高斯定理。斯定理。理理解解磁磁场场的的安安培环路定理。培环路定理。物理学物理学(电磁学电磁学)11.2.1 磁磁 感感 线线 规定规定：曲线上每一点的：曲线上每一点的切线方向切线方向就是该点的磁感就是该点的磁感强度强度 B 的方向的方向，曲线的，曲线的疏密程度疏密程度表示该点的磁感强度表示该点的磁感强度 B 的大小。的大小。IISNISNI电流方向与磁场方向呈电流方向与磁场方向呈电流方向与磁场方向呈电流方向与磁场方向呈右手螺

6、旋法则右手螺旋法则右手螺旋法则右手螺旋法则。物理学物理学(电磁学电磁学)磁通量磁通量：垂直通过：垂直通过某一曲面的磁感线数。某一曲面的磁感线数。单位单位11.2.2 磁通量磁通量物理学物理学(电磁学电磁学)解解3 先求先求 ，对变磁场给出对变磁场给出 ，后积分求，后积分求求长直载流导线旁边矩形面积磁通量求长直载流导线旁边矩形面积磁通量讨论：讨论：移动矩形面积位置和移动矩形面积位置和形状，甚至形成封闭曲面？形状，甚至形成封闭曲面？物理学物理学(电磁学电磁学)物理意义物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量等于零，：通过任意闭合曲面的磁通量等于零，磁场是磁场是无源场无源场。磁场高斯定理磁场高斯定理11.

7、2.4 磁场高斯定理磁场高斯定理物理学物理学(电磁学电磁学)11.2.5 安培环路定理安培环路定理o 设闭合回路设闭合回路 为圆形为圆形回路回路（与与 成成右手右手螺旋螺旋）载载流长直流长直导线的磁感强导线的磁感强度为度为物理学物理学(电磁学电磁学)o若若回路绕向化为回路绕向化为逆逆时针时，时针时，则则对任意形状的回路对任意形状的回路 与与 成成右右螺旋螺旋安培环路定理安培环路定理物理学物理学(电磁学电磁学)电流在回路之外电流在回路之外安培环路定理安培环路定理物理学物理学(电磁学电磁学)多电流情况多电流情况 以上结果对以上结果对任意任意形状形状的闭合电流（伸向无限远的闭合电流（伸向无限远的电流

8、）均成立。的电流）均成立。安培环路定理安培环路定理安培环路定理安培环路定理物理学物理学(电磁学电磁学)安培环路定理 即在真空中的稳恒磁场，磁感应强度即在真空中的稳恒磁场，磁感应强度 沿任沿任一闭合路径的积分的值，等于一闭合路径的积分的值，等于 乘以该闭合路径乘以该闭合路径所包围的各电流的所包围的各电流的代数和代数和。电流电流 正负正负的规定的规定：与与 成成右右螺旋时，螺旋时，为为正正；反反之为之为负负。安培环路定理安培环路定理 磁磁场场安安培培环环路路定定理理应应用用步步骤骤:(1)对对称称性性分分析析(2)取回路取回路(3)环路定理。环路定理。物理学物理学(电磁学电磁学)11.2.6 安培

9、环路定理应用举例安培环路定理应用举例 例例4 求长直密绕螺线管内磁场求长直密绕螺线管内磁场 解解 1)对称性分析螺旋管内为均匀场对称性分析螺旋管内为均匀场,方向沿方向沿轴向轴向,外外部磁感强度趋于零部磁感强度趋于零，即，即 。物理学物理学(电磁学电磁学)无限长载流无限长载流螺线管内磁场处处相等螺线管内磁场处处相等,外部磁场为零外部磁场为零。2)选回路选回路 。+磁场磁场 的方向与的方向与电流电流 成成右螺旋右螺旋。MNPO 例例5 求长直密绕螺线管内磁场（续）求长直密绕螺线管内磁场（续）物理学物理学(电磁学电磁学)例例5 无限长载流圆柱体的磁场无限长载流圆柱体的磁场解解 1）对称性分析对称性分

10、析 2）选取回路选取回路.物理学物理学(电磁学电磁学)的方向与的方向与 成右螺旋成右螺旋例例5 无限长载流圆柱体的磁场（续）无限长载流圆柱体的磁场（续）物理学物理学(电磁学电磁学)11.3 电磁相互作用电磁相互作用11.4 霍尔效应霍尔效应伟美教育伟美教育-伟岸事业，美好生活，教育人生伟岸事业，美好生活，教育人生今日教学内容（今日教学内容（2时）时）掌握掌握洛伦兹力洛伦兹力和安培力。和安培力。掌握掌握载流线圈载流线圈受力矩。受力矩。了解了解霍尔效应。霍尔效应。物理学物理学(电磁学电磁学)一一 带电粒子在电场和磁场中所受的力带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力电场力磁场力磁场力（洛仑兹力洛仑兹力

11、）+运动电荷在电运动电荷在电场和磁场中受的力场和磁场中受的力 方向：右手四指方向：右手四指 由经小于由经小于 的角弯向的角弯向 ，大，大拇指的指向就是正电荷所受拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向洛仑兹力的方向。洛仑兹力洛仑兹力物理学物理学(电磁学电磁学)二二 带电粒子在磁场中运动举例带电粒子在磁场中运动举例1.回旋半径和回旋频率回旋半径和回旋频率物理学物理学(电磁学电磁学)2.电子的反粒子：正电子电子的反粒子：正电子正电子存在的正电子存在的云室照片及其云室照片及其摹描图。摹描图。铝板铝板正电子正电子电子电子1930年狄拉克年狄拉克()Dirac)预言预言自然界存在正自然界存在正电子。电子。

12、1932安安德森德森(Anderson)发发现。现。物理学物理学(电磁学电磁学)3.磁聚焦磁聚焦（洛仑兹力不做功洛仑兹力不做功）洛仑兹力洛仑兹力 与与 不垂直不垂直螺距螺距物理学物理学(电磁学电磁学)应用：应用：电子光学、电子显微镜等电子光学、电子显微镜等。磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点 A 发射一束发射一束初速相初速相差不大差不大的带电粒子的带电粒子,它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不尽相同不尽相同,但都较小但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋这些粒子沿半径不同的螺旋线运动线运动,因螺距近似相等因螺距近似相等,都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点,此此现象称之为现象称

13、之为磁聚焦磁聚焦。磁聚焦应用磁聚焦应用物理学物理学(电磁学电磁学).+-A AK+dL.三三 带电粒子在电场和磁场中运动举例带电粒子在电场和磁场中运动举例1.电子比荷的测定电子比荷的测定速度选择器速度选择器物理学物理学(电磁学电磁学)2.质谱仪质谱仪7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱.+-速度选择器速度选择器照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示意图物理学物理学(电磁学电磁学)3.回旋加速器回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室。型室。此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，为此为此1939年劳伦

14、斯获得诺贝尔物理学奖。年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖。物理学物理学(电磁学电磁学)频率与半径无关频率与半径无关到到半圆盒边缘时半圆盒边缘时回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSBON回旋加速器原理回旋加速器原理物理学物理学(电磁学电磁学)我国于我国于1994年建成的第年建成的第一台强流质子加速器一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命可产生数十种中短寿命放射性同位素放射性同位素。我国回旋加速器我国回旋加速器物理学物理学(电磁学电磁学)S磁场对电流元的作用力磁场对电流元的作用力安培力安培力电子洛伦兹力电子洛伦兹力 由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观

15、上看起来受到了磁场的作用力，宏观上看起来受到了磁场的作用力，即即安培安培力。力。安培定律安培定律 物理学物理学(电磁学电磁学)ABCo根据对称性分析根据对称性分析解解 例例 6 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强的闭合回路放在磁感应强度为度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直垂直.回路由直导线回路由直导线 AB 和半径为和半径为 的圆弧导线的圆弧导线 BCA 组成组成，电流为顺时针方向电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合导线的力。求磁场作用于闭合导线的力。安培定律安培定律例题例题物理学物理学(电磁学电磁学)ACoB因因由于由于故故安培定律安

16、培定律例题例题1（续）（续）物理学物理学(电磁学电磁学)霍 耳 效 应11.4 霍耳效应霍耳效应 Hall Effect一般磁场一般磁场一般磁场一般磁场(小于小于小于小于1T)1T)，常温，常温，常温，常温(约几百约几百约几百约几百K),1879K),1879年年年年物理学物理学(电磁学电磁学)I霍耳电阻霍耳电阻+-霍耳效应分析霍耳效应分析物理学物理学(电磁学电磁学)量子霍尔效应量子霍尔效应（强磁场强磁场强磁场强磁场(约约约约1-10T)1-10T)，低温，低温，低温，低温(约几约几约几约几K)K),19801980年）年）年）年）霍耳电阻霍耳电阻量子霍耳效应量子霍耳效应物理学物理学(电磁学电

17、磁学)分数量子霍尔效应分数量子霍尔效应超强磁场超强磁场超强磁场超强磁场(10T)(10T)，极低温，极低温，极低温，极低温(约约约约0.1K)0.1K)物理学物理学(电磁学电磁学)I+-P 型半导体型半导体+-2）测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型判断半导体的类型+-N 型半导体型半导体-I+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用物理学物理学(电磁学电磁学)11.5 磁介质的极化磁介质的极化（1时）时）伟美教育伟美教育-伟岸事业，美好生活，教育人生伟岸事业，美好生活，教育人生一一 磁介质磁介质介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的

18、磁介质中的总磁感强度总磁感强度顺磁质顺磁质 抗抗磁质磁质铁铁磁质磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质磁介质磁介质magnetic medium物理学物理学(电磁学电磁学)分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩物理学物理学(电磁学电磁学)无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化有外磁场有外磁场磁介质磁介质magnetic medium物理学物理学(电磁学电磁学)同同向向时时 反反向向时时无外磁场时抗磁质无外磁场时抗磁质分子磁矩为零分子磁矩为零 抗磁质内磁场抗磁质内磁场抗抗磁磁质质的的磁磁化化磁介质磁介质magneti

19、c medium物理学物理学(电磁学电磁学)二二 磁化强度磁化强度分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元单位单位（安安/米米）抗磁质内磁场抗磁质内磁场顺磁质内磁场顺磁质内磁场 意义意义 磁介磁介质中单位体积内质中单位体积内分子的合磁矩。分子的合磁矩。磁化强度磁化强度物理学物理学(电磁学电磁学)C+ADBC分子磁矩分子磁矩（单位体积分子磁矩数）（单位体积分子磁矩数）传导电流传导电流分布电流分布电流磁介质存在时的环路定理磁介质存在时的环路定理物理学物理学(电磁学电磁学)磁场强度磁场强度 磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理+ADBC磁介质存在时的环路定理磁介质存在时的环路定理物理学物

20、理学(电磁学电磁学)各向同性各向同性磁介质磁介质（磁化率）（磁化率）相对相对磁导率磁导率磁磁 导导 率率 各向同性磁介质各向同性磁介质 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 顺磁质顺磁质（非常数）（非常数）抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质磁介质存在时的环路定理磁介质存在时的环路定理物理学物理学(电磁学电磁学)静电场静电场静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场稳恒磁场稳恒磁场磁场是非保守场磁场是非保守场电场是保守场电场是保守场电场线起于正电荷、电场线起于正电荷、止于负电荷，止于负电荷，静电场是有源场静电场是有源场 磁感线闭合，磁感线闭合，磁场是无源场磁场是无源场总结静电场与稳恒磁场总结静电场与稳恒磁场物理学物理学(电磁学电磁学)