《大學物理第07章 恒定磁場第七章 恒定磁場》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學物理第07章 恒定磁場第七章 恒定磁場（92頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版1恒恒 定定 磁磁 場場第第 七七 章章第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版27-0 7-0 教學基本要求教學基本要求7-1 7-1 恒定電流恒定電流7-2 7-2 電源電源 電動勢電動勢7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動本章目錄本章目錄7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的

2、力7-9 7-9 磁場中的磁介質(zhì)磁場中的磁介質(zhì)第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版37-0 7-0 教學基本要求教學基本要求 二二 掌握掌握描述磁場的物理量描述磁場的物理量磁感強度的概念。磁感強度的概念。三三 理解理解畢奧薩伐爾定律及其磁感強度的計算。畢奧薩伐爾定律及其磁感強度的計算。一一 理解理解恒定電流、電流密度和電動勢的概念。恒定電流、電流密度和電動勢的概念。 五五 理解理解洛倫茲力和安培力的公式洛倫茲力和安培力的公式 。 四四 理解理解穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理. 六六 了解了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀

3、解釋. 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-1 7-1 恒定電流恒定電流物理學物理學第五版第五版4一一 電流電流 電流密度電流密度+ISSenIdv電流強度電流強度 ：通過截面通過截面S 的電荷隨時間的的電荷隨時間的變化率變化率:電子電子漂移速度漂移速度的大小的大小dvtqId/dtSenqdddv 電流密度電流密度：單位時間垂直通過單位面積的電量：單位時間垂直通過單位面積的電量.dddvenSIjSsdjISSdj第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-2 7-2 電源電源 電動勢電動勢物理學物理學第五版第五版5第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-2 7-2 電源電源 電動勢電動勢物理學物理學第五版第

4、五版第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-2 7-2 電源電源 電動勢電動勢物理學物理學第五版第五版第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版816001600年年 吉爾伯特吉爾伯特 論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體18001800年年 伏打伏打 發(fā)明電堆，獲得產(chǎn)生穩(wěn)定電流的方法發(fā)明電堆，獲得產(chǎn)生穩(wěn)定電流的方法18201820年年 奧斯特奧斯特 發(fā)現(xiàn)電流的磁效應發(fā)現(xiàn)電流的磁效應18311831年年 法拉第法拉第 發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象18221822年年 安培安培 安培力安培力 分子電流分子電流觀點觀點磁學簡史：磁學簡史：戰(zhàn)國時期戰(zhàn)國時期

5、有文字記載有文字記載“磁石磁石”東漢時期東漢時期 王充王充 “司南司南”指南的記載描述；指南的記載描述；11世紀世紀 指南針指南針 “以磁石磨針鋒以磁石磨針鋒, ,則能指南則能指南”( (沈括沈括) )18331833年年 楞次楞次 楞次定律楞次定律18731873年年 麥克斯韋麥克斯韋 電磁學通論電磁學通論 18881888年年 赫茲赫茲 證實電磁波的存在證實電磁波的存在慈石慈石：以為母也，：以為母也，故能引其子故能引其子7-3 磁場磁場 磁感應強度磁感應強度 7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版一、基本磁現(xiàn)象一、基本磁現(xiàn)象 SNSN同極相斥同極相斥異極相吸異極

6、相吸天然磁石天然磁石 磁性磁性磁極磁極7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版ISN1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應同年安培發(fā)現(xiàn)載流導線及線圈受到磁力的作用同年安培發(fā)現(xiàn)載流導線及線圈受到磁力的作用7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版電子束電子束NS+FF I在磁場中的載流線圈受在磁場中的載流線圈受到力矩的作用轉(zhuǎn)動到力矩的作用轉(zhuǎn)動7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版 在磁鐵、運動電荷（或電流）周圍空間存在的一種特殊形式在磁鐵、運動電荷（或電流）周圍空間存在的一種特殊形式的物質(zhì)。的物質(zhì)。

7、（比較電場的引入）（比較電場的引入）1、磁場的概念、磁場的概念磁場對磁體、運動電荷或載流導線有磁場力的作用；磁場對磁體、運動電荷或載流導線有磁場力的作用；載流導線在磁場中運動時，磁場力要作功載流導線在磁場中運動時，磁場力要作功磁場具有能量。磁場具有能量。2、磁場的特性、磁場的特性二、二、 磁場磁場 磁感應強度磁感應強度 運動電荷運動電荷磁磁 鐵鐵電電 流流運動電荷運動電荷磁磁 鐵鐵磁磁場場電電 流流7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版磁感應強度的定義磁感應強度的定義: : 實驗實驗: 運動電荷在磁場中受力：運動電荷在磁場中受力：B f vq = 0 時時, f =

8、 0 = 90 時時, f 最大最大Bfvf 1)maxfqv3)sinf2)只與磁場的性質(zhì)有關(guān)只與磁場的性質(zhì)有關(guān)qvfmax結(jié)論結(jié)論:7-3 7-3 磁場磁場 磁感強度磁感強度物理學物理學第五版第五版1.1.磁感應強度磁感應強度( (定義定義):):大小大小:qvFBmax方向方向:沿運動電荷不受磁場力沿運動電荷不受磁場力時的速度線時的速度線BvqFsinqvBF 大小大小洛侖茲力洛侖茲力:+qvBF方向方向第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版15IP.一、畢奧一、畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律電流元電流元lId024IdlsindBr170104 TmA rBd有限長載流導線

9、有限長載流導線:024rLIdleBdBr方向判斷方向判斷：右手定則右手定則 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律:024rIdledBrlId2B1Br真空磁導率真空磁導率lId第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版16 例例1 載流長直導線的磁場載流長直導線的磁場.解解20sind4drzIBCDrzIBB20sind4d二二 畢奧薩伐爾定律應用舉例畢奧薩伐爾定律應用舉例 方向均沿方向均沿 x 軸的負方向軸的負方向BdyxzIPCDo0r*Bd1r2zzd第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾

10、定律物理學物理學第五版第五版17sin/,cot00rrrz20sin/ddrz21dsin400rIBCDrzIBB20sind4d)cos(cos42100rI 的方向沿的方向沿 x 軸負方向軸負方向ByxzIPCDo0r*Bd1r2zzd第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版18002rIB021)cos(cos42100rIB無限長無限長載流長直導線載流長直導線yxzIPCDo12BrIBP40221半無限長半無限長載流長直導線載流長直導線第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物

11、理學物理學第五版第五版19 無限長載流長直導線的磁場無限長載流長直導線的磁場IBrIB20IBX X 電流與磁感強度成電流與磁感強度成右手螺旋關(guān)系右手螺旋關(guān)系第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版 例例2 圓形載流導線軸線上的磁場圓形載流導線軸線上的磁場.xxRp*olId解解cosdBBBx222cosxRrrR20d4drlIBcosd4d20rlIBxI分析點分析點P處磁場方向得：處磁場方向得：由對稱性可知，總場強沿由對稱性可知，總場強沿x 方向方向20sind4drlIBBdr第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第

12、五版第五版2120dcos4drlIBxlrlIB20dcos4RlrIRB2030d42322202）（RxIRBxxRp*olIdIBdr第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版討論討論2322202）（RxIRBR (c)oIRIB800o (b)RI （1）0 xRIB20RIB400IRo (a)x0BRIB200oI2R1R(5)*1010200444RIRIRIB第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版xxRp*oBrI討論討論2322202）（RxIRB（2）Rx3032022xISBxIRB三三 磁偶極矩磁偶極矩neISmn302exmB302xm

13、BISmne物質(zhì)磁性起源的基本單元物質(zhì)磁性起源的基本單元第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版24 如圖所示，有一長為如圖所示，有一長為l ，半徑為，半徑為R的載流密繞的載流密繞直螺線管，螺線管的總匝數(shù)為直螺線管，螺線管的總匝數(shù)為N，通有電流，通有電流I. 設設把螺線管放在真空中，求管內(nèi)軸線上一點處的磁把螺線管放在真空中，求管內(nèi)軸線上一點處的磁感強度感強度. 例例3 載流直螺線管內(nèi)部的磁場載流直螺線管內(nèi)部的磁場.PR *第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版252

14、/32220)(2RxIRB螺線管可看成螺線管可看成圓形電流的組合圓形電流的組合解：解：由圓形電流磁場公式由圓形電流磁場公式NnlR *Ox1x2x12120coscos2nIB得：得：第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版26 討討 論論（1）無限長的）無限長的螺線管螺線管 021，nIB0故故2/0nIB（2）半無限長）半無限長螺線管一端螺線管一端00.521，120coscos2nIBRx*P21第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版27201044RIRI

15、B圓204RIB直向里向里向外向外直圓BBBO201044RIRI204RI第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版280124(coscos)IBaaa01400IBcos45 -sin(180 )a000201354coscosIBa向里向里21T1071122125021.)(aIBBB第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版29B第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版300第七章第七章 恒定磁場

16、恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版31 221 qI 242 qI圓電流的半徑一樣圓電流的半徑一樣2121BB a22第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-4 7-4 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律物理學物理學第五版第五版32四四 運動電荷的磁場運動電荷的磁場30d4drrlIBvlqnSlSjlIddd30d4drrlqnSBvlnSNddSjl d304ddrrqNBBv運動電荷的磁場運動電荷的磁場第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理物理學物理學第五版第五版33BaaBbbBccB一磁感應線

17、：一磁感應線：為形象地描述空間中磁場的分布而引入的曲線。為形象地描述空間中磁場的分布而引入的曲線。磁感應線上任一點切線的方向磁感應線上任一點切線的方向B的方向。的方向。方向：切線方向：切線一一 磁感線磁感線第七章第七章 恒定磁場恒定磁場34I直線電流的磁力線直線電流的磁力線圓電流的磁力線圓電流的磁力線I通電螺線管的磁力線通電螺線管的磁力線II(1)(1)、磁場線為環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是渦旋場。、磁場線為環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是渦旋場。(2)(2)、任意兩條磁場線在空間不相交。、任意兩條磁場線在空間不相交。(3)(3)、磁場線的環(huán)繞方向與電流方向可用右手定則表示。、磁場線的環(huán)繞方向與電流方

18、向可用右手定則表示。(4)(4)、磁場線的疏密定性反映磁場的強弱、磁場線的疏密定性反映磁場的強弱第七章第七章 恒定磁場恒定磁場35SN 磁性起源的微觀機制磁性起源的微觀機制第七章第七章 恒定磁場恒定磁場36條形磁鐵與通電螺線管的磁力線條形磁鐵與通電螺線管的磁力線安培：安培： 一切磁現(xiàn)象的根源是電流，物質(zhì)的磁性來源于分子電流一切磁現(xiàn)象的根源是電流，物質(zhì)的磁性來源于分子電流第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理物理學物理學第五版第五版37二二 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理BSSNB磁場中某點處垂直磁場中某點處垂直 矢量的單位面積上矢量

19、的單位面積上通過的磁感線數(shù)目等于該點通過的磁感線數(shù)目等于該點 的數(shù)值的數(shù)值.BB第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理物理學物理學第五版第五版38磁通量：磁通量：通過某曲面通過某曲面的磁感線數(shù)的磁感線數(shù)SdBBdSdcosBsSdBBdsBne勻強磁場中，通過勻強磁場中，通過面元面元ds的磁通量：的磁通量：通過曲面通過曲面S的磁通量的磁通量sdSBds第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理物理學物理學第五版第五版390dd111SB0dd222SB0dcosSBS 物理意義：物理意義：通過任意閉

20、合曲面的磁通量必等通過任意閉合曲面的磁通量必等于零（于零（故磁場是故磁場是無源的無源的）. 磁場高斯定理磁場高斯定理0d SBSBS1dS11B2dS22B任意閉合曲面的磁通量任意閉合曲面的磁通量第七章第七章 恒定磁場恒定磁場400 sdB021 0cos21 rB cos21rB 12第七章第七章 恒定磁場恒定磁場410 SdB0 上上下下底底 0第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-5 7-5 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理物理學物理學第五版第五版42xIB20 xlxISBd2dd0 例例 如圖載流長直導線的電流為如圖載流長直導線的電流為 ，試求，試求通過矩形面積的磁通量通過矩形

21、面積的磁通量.I 解解1d2dlIxoB1202ddIlln21d2d0ddSxxIlSBxdx第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版43一一 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理lRIlBld2d0IlBl0dRIB20RoBldlIIIlBl0200d2d若若回路繞向為回路繞向為逆逆時針時針oIRBldl第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版44cos2d0dlrIlB垂直于導線平面上任意形狀的回路垂直于導線平面上任意形狀的回路:IlBl0d推廣推廣(證明略證明略):. dBl drIrdd

22、lcosd2d200IrrIL I (1)對空間任意形狀的回路成立對空間任意形狀的回路成立(2)對空間任意載流導線成立對空間任意載流導線成立I第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版45d2d011IlB0dd2211lBlB0dlBl電流在回路之外電流在回路之外20210122rIBrIB，Ild2dl2r1r1dl2B1B環(huán)流與環(huán)路外電流無關(guān)環(huán)流與環(huán)路外電流無關(guān)22dlB第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版46 多電流情況多電流情況:)(d320IIlBl1I2I3Il3I2I1

23、IL1I1I）（210IIl dBl第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版47安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理niiIlB10d 在真空的恒定磁場中，磁感強度在真空的恒定磁場中，磁感強度 沿任一閉沿任一閉合路徑的積分的值，等于合路徑的積分的值，等于 乘以該閉合路徑所穿乘以該閉合路徑所穿過的各電流的代數(shù)和過的各電流的代數(shù)和.B0 電流電流 正負正負的規(guī)定：的規(guī)定： 與與 成成右右螺旋螺旋時，時， 為為正正；反反之為之為負負.IILI注意注意第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版例例1 無限長載流圓柱體的磁場無限長載流圓柱體的磁場解解

24、 （1）Rr rIB20rBdlBBdllBlll2dRIRLrRBIBdId.BIRrlBRrl220d0202RIrB（2）二二 安培環(huán)路定理的應用舉例安培環(huán)路定理的應用舉例IrB02第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版49，Rr0，Rr 202RIrBrIB20RIRI20BRor 的方向與的方向與 成右螺旋成右螺旋BI第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版500B例例2 無限長載流圓柱面的磁場無限長載流圓柱面的磁場rIB20IlBl0d，Rr ，Rr00llBdBRorRI

25、20解解2LrR1LrI第七章第七章 恒定磁場恒定磁場51Rx 0 BRx rIB 20 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版52 例例3 求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場 解解 （1） 對稱性分析：環(huán)內(nèi)對稱性分析：環(huán)內(nèi) 線為同心線為同心圓，環(huán)外圓，環(huán)外 為零為零.BBRd第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-6 7-6 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理物理學物理學第五版第五版53NIRBlBl02dLNIB0RNIB20RL2令令（2）選回路選回路當當 時，螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場時，螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場 .dR2RdLnI0第七章第七章 恒

26、定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版54一一 帶電粒子在電場和磁場中所受的力帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力電場力EqFe磁場力磁場力（洛倫茲力）（洛倫茲力）BqF vmBqEqFv運動電荷在電場運動電荷在電場和磁場中受的力和磁場中受的力xyzo+qvBmF第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版55二二 帶電粒子在磁場中運動舉例帶電粒子在磁場中運動舉例RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf211 回旋半徑和回旋頻率回旋半徑和回旋頻率BqF vm第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7

27、-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版562 磁聚焦磁聚焦（洛倫茲力不做功洛倫茲力不做功）vvv/sinvv 洛倫茲力洛倫茲力 BqFvm 與與 不垂直不垂直Bvcosvv/qBmRvqBmT2)/2(cosqBmdvTv/螺距螺距第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版57 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場中點在均勻磁場中點 A 發(fā)射一束初速度發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子，它們的相差不大的帶電粒子，它們的 與與 之間的夾之間的夾角角 不同，但都較小，這些粒

28、子沿半徑不同的螺不同，但都較小，這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動，因螺距近似相等，相交于屏上同一點，旋線運動，因螺距近似相等，相交于屏上同一點，此現(xiàn)象稱為磁聚焦此現(xiàn)象稱為磁聚焦 .0vB 應用應用 電子光學，電子光學，電子顯微鏡等電子顯微鏡等 .第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版583 電子的反粒子電子的反粒子 電子偶電子偶顯示正電子存在顯示正電子存在的云室照片及其的云室照片及其摹描圖摹描圖鋁板鋁板正電子正電子電子電子B1930年狄拉克預年狄拉克預言自然界存在正言自然界存在正電子電子第七章第七章 恒定磁場

29、恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版591 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜.1p2p+-2s3s1s速度選擇器速度選擇器照相底片照相底片質(zhì)譜儀的示意圖質(zhì)譜儀的示意圖三三 帶電粒子在電場和磁場中運動舉例帶電粒子在電場和磁場中運動舉例第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版602 回旋加速器回旋加速器1932年勞倫斯研制第一臺年勞倫斯研制第一臺回旋加速器回旋加速器, 1939年勞倫年勞倫斯獲諾貝爾物

30、理學獎斯獲諾貝爾物理學獎.第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版61mqBf2頻率與半徑無關(guān)頻率與半徑無關(guān)回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖NSB2D1DON T受相對論效應約束，當受相對論效應約束，當 不是常量時，其基本原理不再滿足。不是常量時，其基本原理不再滿足。mq第七章第七章 恒定磁場恒定磁場62地下地下100米米 周長周長27km歐洲粒子物理研究所大型強子對撞機（歐洲粒子物理研究所大型強子對撞機（ATLAS）瑞士瑞士 日內(nèi)瓦日內(nèi)瓦第七章第七章 恒定磁場恒定磁場63大型強子對撞機內(nèi)部一覽大型強子對撞機

31、內(nèi)部一覽第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版643 霍耳效應霍耳效應第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第五版第五版65BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdv第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-7 7-7 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動物理學物理學第

32、五版第五版66I+ + +- - -P 型半導體型半導體+-HUBmFdv霍耳效應的應用霍耳效應的應用（2）測量磁場測量磁場dIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓（1）判斷半導體的類型判斷半導體的類型mF+ + +- - - N 型半導體型半導體HU-BI+-dv第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版67一一 安培力安培力sindddlBSneFvSneIdvsindlBIsinddlBIF l dISB洛倫茲力洛倫茲力BeFdmvmFdvsindmBeFvlIdBlIF dd 安培力安培力BlIFFlldd有限長導線有限

33、長導線 長直載流導線：長直載流導線：sinBIlF 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版68BlIF ddsindsinddxlBIFF解解 取一段電流元取一段電流元lId 例例 1 求如圖平面求如圖平面載流導線在均勻磁場中載流導線在均勻磁場中所受的力，已知所受的力，已知 和和 .BIPxyoIBLcosdcosddylBIFFFdlIdyBIdxBIdBIlxBIFFl0yydd0dd00 xxyBIFF結(jié)論結(jié)論 與與OP載流直導線所受的磁場力相同載流直導線所受的磁場力相同.第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8

34、 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版69 例例 2 如圖一通有電流如圖一通有電流 的閉合回路放在磁的閉合回路放在磁感應強度為感應強度為 的均勻磁場中，回路平面與磁感的均勻磁場中，回路平面與磁感強度強度 垂直垂直 . 回路由直導線回路由直導線 AB 和半徑為和半徑為 的圓弧導線的圓弧導線 BCA 組成組成 ，電流為順時針方向，電流為順時針方向，求磁場作用于閉合求磁場作用于閉合導線的力導線的力.IBrBABCxyIBor解解021FFF1F2F第七章第七章 恒定磁場恒定磁場70例：如圖所示，求垂直于磁場例：如圖所示，求垂直于磁場圓形線圈的張力圓形線圈的

35、張力TT解：依題意可知，上面半圓導線解：依題意可知，上面半圓導線受到向上的安培力，大小為：受到向上的安培力，大小為：FAB B IRORBIF2上面半圓導線受到向下的張力為上面半圓導線受到向下的張力為2T（T為張力）為張力）即：即：RBIT22故導線內(nèi)部張力為：故導線內(nèi)部張力為：BIRT 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版71二二 磁場作用于載流線圈的磁力矩磁場作用于載流線圈的磁力矩如圖如圖 均勻均勻磁場中有一磁場中有一矩形載流線圈矩形載流線圈MNOP21BIlF 21FF)(sin13 BIlF43FF041

36、iiFFBMNOPIne3F4F1F2F1l2l線圈所受合力為零線圈所受合力為零:1l2lne M,N O,PB1F2F第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版72sinISBM BmBeISMnBeNISMn線圈有線圈有N匝時匝時sinsin221211lBIllFMne M,N O,PB1F2FBMNOPIne3F4F1F2F1l2l線圈所受力矩線圈所受力矩:第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版73IB.FF. . . . . .

37、. . . . . . . . . . .FIBmax,2MM BIF0,0M穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡不不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡討討 論論（1） 與與 同向同向Bne（2）方向相反方向相反 （3）方向垂直方向垂直0,M力矩最大力矩最大第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-8 7-8 載流導線在磁場中所受的力載流導線在磁場中所受的力物理學物理學第五版第五版74 結(jié)論結(jié)論: 均勻均勻磁場中，任意形狀磁場中，任意形狀剛剛性閉合性閉合平面平面通電線圈所受的力和力矩為通電線圈所受的力和力矩為BmMF,0第七章第七章 恒定磁場恒定磁場75BmMsinmBM 0 0 M432IBNa 垂直時垂直時:(A)(B)(C)(D)2

38、32/IBNa432/IBNa6032sinIBNa0mpB第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版76一一 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 磁化強度磁化強度0BBB介質(zhì)磁化后的介質(zhì)磁化后的附加磁感強度附加磁感強度真空中的真空中的磁感強度磁感強度 磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的總磁感強度總磁感強度1 磁介質(zhì)磁介質(zhì)0BB鐵鐵磁質(zhì)磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鐵、鈷、鎳等）順磁質(zhì)順磁質(zhì) 0BB0BB抗抗磁質(zhì)磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)弱磁質(zhì)第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版7

39、7分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩 mI無外磁場無外磁場順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化0B有外磁場有外磁場sI0BBB順順磁質(zhì)內(nèi)磁場磁質(zhì)內(nèi)磁場2 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版780BBB抗抗磁質(zhì)內(nèi)磁場磁質(zhì)內(nèi)磁場qv0B0B， 同同向時向時qv0B， 反反向時向時0BFmFmmm抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版791 鐵磁質(zhì)的磁化機理鐵磁質(zhì)的磁化機理-磁疇磁疇無外磁場無外磁場B有有外外磁磁場場3. 鐵磁

40、質(zhì)鐵磁質(zhì)0BB 實驗發(fā)現(xiàn)有一類介質(zhì)在外加磁場時，其介質(zhì)的磁場實驗發(fā)現(xiàn)有一類介質(zhì)在外加磁場時，其介質(zhì)的磁場鐵磁質(zhì)（鐵磁質(zhì)（Fe、Co、Ni）第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版803 磁化強度磁化強度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和體積元體積元磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.意義意義 反映介質(zhì)磁化程度的物理量反映介質(zhì)磁化程度的物理量第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版二二 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理(由特例推出由特例推出)iBClIlBlB0dd)(s0INI +I+

41、ADLBCCIrrB2 rIm 分子磁矩分子磁矩nmLLIrnI2sMLBClMdnmVmM)d(d0lllMNIlBIlMBld)(0第七章第七章 恒定磁場恒定磁場物理學物理學第五版第五版HBMBH00HM各向同性各向同性磁介質(zhì)磁介質(zhì)（磁化率）（磁化率）HB)1 (0HHBr0磁場強度磁場強度 MBH0 磁介質(zhì)磁介質(zhì)中的中的安培環(huán)路安培環(huán)路定理定理 IlHldIlMBld)(0第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版83 各向同性各向同性磁介質(zhì)磁介質(zhì)HHBr01r相對相對磁導率磁導率r0磁磁 導導 率率r111順磁質(zhì)順磁質(zhì)（非常數(shù)）（非常

42、數(shù)）抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版84 例例1 有兩個半徑分別為有兩個半徑分別為 和和 的的“無限無限長長”同軸圓筒形導體，在它們之間充以相對磁同軸圓筒形導體，在它們之間充以相對磁導率為導率為 的磁介質(zhì)的磁介質(zhì).當兩圓筒當兩圓筒通有相反方向的電流通有相反方向的電流 時，時，試試 求求（1）磁介質(zhì)中任意點磁介質(zhì)中任意點 P 的磁感應強度的大小的磁感應強度的大??； （2）圓柱體外面一點圓柱體外面一點Q 的磁感強度的磁感強度.rrRIIrrdIR第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介

43、質(zhì)物理學物理學第五版第五版85RdrIlHldIHd2dIHB2r0解（解（1）IrrdIR0,02HHd0HBRd （2）dIH20IIlHld第七章第七章 恒定磁場恒定磁場86IIr ldHIIrH 2rIH 2 HHBr0rIr 20 例例 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導率為一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導率為，相對磁導率為，相對磁導率為r的順的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑。單位長度上的導線匝磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑。單位長度上的導線匝數(shù)為數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強度和磁感應強度求：環(huán)內(nèi)的磁場強度和磁感應強度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI HHBr 0 rO解：解：

44、第七章第七章 恒定磁場恒定磁場880IldHL 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場89 1LldHI2 2LldHI 3LldHI 4LldHI 第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版902 磁化曲線磁化曲線 磁滯回線磁滯回線400 600 800 1 000H/(Am-1)1510 5B/10-4TB=f (H)順磁質(zhì)的順磁質(zhì)的B-H曲線曲線0順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)HBr0r1 順磁質(zhì)順磁質(zhì)1 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)初始磁初始磁化曲線化曲線a.bcdBOH.mBmHe.rB fCHmB.mH矯頑力矯頑力CH 飽和磁感應強度飽和磁感應強度磁滯回線磁滯回線剩剩 磁磁rB鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的磁滯回線磁滯回線第七章第七章 恒定磁場恒定磁場7-9 7-9 磁場中的介質(zhì)磁場中的介質(zhì)物理學物理學第五版第五版923 鐵磁性材料鐵磁性材料HBO軟軟磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料電磁鐵、變壓器電磁鐵、變壓器交流電動、發(fā)電機交流電動、發(fā)電機HBO矩矩磁鐵氧體材料磁鐵氧體材料CFCF永磁體永磁體存儲元件存儲元件