恒定磁場第七章1,7-0教學(xué)基本要求7-1恒定電流7-2電源電動(dòng)勢7-3磁場磁感強(qiáng)度7-4畢奧-薩伐爾定律7-5磁通量磁場的高斯定理7-6安培環(huán)路定理7-7帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)本章目錄7-8載流導(dǎo)線在磁場中所受的力7-9磁場中的磁介質(zhì)2,7-0教學(xué)基本要求二掌握描述磁場的物理量——磁感強(qiáng)度的概念。三理解畢奧－薩伐爾定律及其磁感強(qiáng)度的計(jì)算。一理解恒定電流、電流密度和電動(dòng)勢的概念。五理解洛倫茲力和安培力的公式。四理解穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理.六了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋.3,一電流電流密度++++++電流強(qiáng)度：通過截面S的電荷隨時(shí)間的變化率:電子漂移速度的大小電流密度：單位時(shí)間垂直通過單位面積的電量.4,5,非靜電力:能不斷分離正負(fù)電荷使正電荷逆靜電場力方向運(yùn)動(dòng).電源：提供非靜電力的裝置.非靜電電場強(qiáng)度:為單位正電荷所受的非靜電力.+++---+6,電動(dòng)勢的定義：單位正電荷繞閉合回路運(yùn)動(dòng)一周，非靜電力所做的功.+++---+電源電動(dòng)勢電源電動(dòng)勢的大小，等于將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所作的功.7,1600年吉爾伯特論磁、磁體和地球作為一個(gè)巨大的磁體1800年伏打發(fā)明電堆，獲得產(chǎn)生穩(wěn)定電流的方法1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象1822年安培安培力分子電流觀點(diǎn)磁學(xué)簡史：戰(zhàn)國時(shí)期——有文字記載“磁石”東漢時(shí)期王充“司南”指南的記載描述；11世紀(jì)指南針“以磁石磨針鋒,則能指南”(沈括)1833年楞次楞次定律1873年麥克斯韋電磁學(xué)通論1888年赫茲證實(shí)電磁波的存在慈石：以為母也，故能引其子7-3磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度8,一、基本磁現(xiàn)象SNSN同極相斥異極相吸天然磁石磁性磁極,ISN1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)同年安培發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線及線圈受到磁力的作用,電子束NS+在磁場中的載流線圈受到力矩的作用轉(zhuǎn)動(dòng),在磁鐵、運(yùn)動(dòng)電荷（或電流）周圍空間存在的一種特殊形式的物質(zhì)。（比較電場的引入）1、磁場的概念磁場對磁體、運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)線有磁場力的作用；載流導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力要作功——磁場具有能量。2、磁場的特性二、磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)電荷磁鐵電流運(yùn)動(dòng)電荷磁鐵磁場電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義:實(shí)驗(yàn):運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力：?=0°時(shí),f=0?=90°時(shí),f最大1)3)2)只與磁場的性質(zhì)有關(guān)結(jié)論:,1.磁感應(yīng)強(qiáng)度(定義):大小:方向:沿運(yùn)動(dòng)電荷不受磁場力時(shí)的速度線大小洛侖茲力:+方向,IP.7-4畢奧---薩伐爾定律一、畢奧---薩伐爾定律電流元θ有限長載流導(dǎo)線:方向判斷：——右手定則畢奧-薩伐爾定律:θ—真空磁導(dǎo)率15,例1載流長直導(dǎo)線的磁場.解二畢奧－薩伐爾定律應(yīng)用舉例方向均沿x軸的負(fù)方向PCD*16,的方向沿x軸負(fù)方向PCD*17,無限長載流長直導(dǎo)線PCD×半無限長載流長直導(dǎo)線18,無限長載流長直導(dǎo)線的磁場IBIBX電流與磁感強(qiáng)度成右手螺旋關(guān)系19,例2圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場.p*解I分析點(diǎn)P處磁場方向得：由對稱性可知，總場強(qiáng)沿x方向,p*I21,討論R(c)oI×o(b)RI×（1）IRo(a)xoI(5)*,p*I討論（2）三磁偶極矩IS物質(zhì)磁性起源的基本單元,如圖所示，有一長為l，半徑為R的載流密繞直螺線管，螺線管的總匝數(shù)為N，通有電流I.設(shè)把螺線管放在真空中，求管內(nèi)軸線上一點(diǎn)處的磁感強(qiáng)度.例3載流直螺線管內(nèi)部的磁場.PR××××××××××××××*24,螺線管可看成圓形電流的組合解：由圓形電流磁場公式R××××××××××××××*O得：25,討論（1）無限長的螺線管故（2）半無限長螺線管一端R××××××××××××××*P26,向里向外27,向里2128,B29,030,圓電流的半徑一樣31,四運(yùn)動(dòng)電荷的磁場S運(yùn)動(dòng)電荷的磁場32,一．磁感應(yīng)線：為形象地描述空間中磁場的分布而引入的曲線。磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)切線的方向——B的方向。方向：切線一磁感線33,I直線電流的磁力線圓電流的磁力線I通電螺線管的磁力線(1)、磁場線為環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是渦旋場。(2)、任意兩條磁場線在空間不相交。(3)、磁場線的環(huán)繞方向與電流方向可用右手定則表示。(4)、磁場線的疏密定性反映磁場的強(qiáng)弱34,SN磁性起源的微觀機(jī)制35,條形磁鐵與通電螺線管的磁力線安培：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36,二磁通量磁場的高斯定理磁場中某點(diǎn)處垂直矢量的單位面積上通過的磁感線數(shù)目等于該點(diǎn)的數(shù)值.37,磁通量：通過某曲面的磁感線數(shù)勻強(qiáng)磁場中，通過面元ds的磁通量：通過曲面S的磁通量38,物理意義：通過任意閉合曲面的磁通量必等于零（故磁場是無源的）.磁場高斯定理任意閉合曲面的磁通量39,1240,041,例如圖載流長直導(dǎo)線的電流為，試求通過矩形面積的磁通量.解xdx42,一安培環(huán)路定理o若回路繞向?yàn)槟鏁r(shí)針o43,垂直于導(dǎo)線平面上任意形狀的回路:推廣(證明略):.LI(1)對空間任意形狀的回路成立(2)對空間任意載流導(dǎo)線成立44,電流在回路之外環(huán)流與環(huán)路外電流無關(guān)45,多電流情況:46,安培環(huán)路定理在真空的恒定磁場中，磁感強(qiáng)度沿任一閉合路徑的積分的值，等于乘以該閉合路徑所穿過的各電流的代數(shù)和.電流正負(fù)的規(guī)定：與成右螺旋時(shí)，為正；反之為負(fù).注意47,例1無限長載流圓柱體的磁場解（1）.（2）二安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例,的方向與成右螺旋49,例2無限長載流圓柱面的磁場解50,51,例3求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場解（1）對稱性分析：環(huán)內(nèi)線為同心圓，環(huán)外為零.52,令（2）選回路當(dāng)時(shí)，螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場.L53,一帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力磁場力（洛倫茲力）運(yùn)動(dòng)電荷在電場和磁場中受的力+54,二帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)舉例1回旋半徑和回旋頻率55,2磁聚焦（洛倫茲力不做功）洛倫茲力與不垂直螺距56,磁聚焦在均勻磁場中點(diǎn)A發(fā)射一束初速度相差不大的帶電粒子，它們的與之間的夾角不同，但都較小，這些粒子沿半徑不同的螺旋線運(yùn)動(dòng)，因螺距近似相等，相交于屏上同一點(diǎn)，此現(xiàn)象稱為磁聚焦.應(yīng)用電子光學(xué)，電子顯微鏡等.57,3電子的反粒子電子偶顯示正電子存在的云室照片及其摹描圖鋁板正電子電子1930年狄拉克預(yù)言自然界存在正電子58,1質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜...................................................................+-速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖三帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)舉例59,2回旋加速器1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器,1939年勞倫斯獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).60,頻率與半徑無關(guān)回旋加速器原理圖NSBO~N××××××××××××××××T~受相對論效應(yīng)約束，當(dāng)不是常量時(shí)，其基本原理不再滿足。61,地下100米周長27km歐洲粒子物理研究所大型強(qiáng)子對撞機(jī)（ATLAS）瑞士日內(nèi)瓦62,大型強(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)部一覽63,3霍耳效應(yīng)64,霍耳系數(shù)I霍耳電壓++++++-----65,I++++---P型半導(dǎo)體+-霍耳效應(yīng)的應(yīng)用（2）測量磁場霍耳電壓（1）判斷半導(dǎo)體的類型+++---N型半導(dǎo)體-I+-66,一安培力S洛倫茲力安培力有限長導(dǎo)線長直載流導(dǎo)線：67,解取一段電流元例1求如圖平面載流導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力，已知和.PL結(jié)論與OP載流直導(dǎo)線所受的磁場力相同.68,例2如圖一通有電流的閉合回路放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的均勻磁場中，回路平面與磁感強(qiáng)度垂直.回路由直導(dǎo)線AB和半徑為的圓弧導(dǎo)線BCA組成，電流為順時(shí)針方向，求磁場作用于閉合導(dǎo)線的力.ABCor解69,例：如圖所示，求垂直于磁場圓形線圈的張力TT解：依題意可知，上面半圓導(dǎo)線受到向上的安培力，大小為：FABRO上面半圓導(dǎo)線受到向下的張力為2T（T為張力）即：故導(dǎo)線內(nèi)部張力為：70,二磁場作用于載流線圈的磁力矩如圖均勻磁場中有一矩形載流線圈MNOPMNOPI線圈所受合力為零:M,NO,P71,線圈有N匝時(shí)M,NO,PMNOPI線圈所受力矩:72,IB.....................IB××××××××××××××××××××××××BI穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡討論（1）與同向（2）方向相反（3）方向垂直力矩最大73,結(jié)論:均勻磁場中，任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為74,垂直時(shí):(A)(B)(C)(D)75,一磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度1磁介質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）順磁質(zhì)抗磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)76,分子圓電流和磁矩?zé)o外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)內(nèi)磁場2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化77,抗磁質(zhì)內(nèi)磁場同向時(shí)反向時(shí)抗磁質(zhì)的磁化78,1鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理-------磁疇無外磁場有外磁場3.鐵磁質(zhì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有一類介質(zhì)在外加磁場時(shí)，其介質(zhì)的磁場鐵磁質(zhì)（Fe、Co、Ni）79,3磁化強(qiáng)度分子磁矩的矢量和體積元磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.意義反映介質(zhì)磁化程度的物理量80,二磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理(由特例推出)++++++++++++ADBCCB分子磁矩,各向同性磁介質(zhì)（磁化率）磁場強(qiáng)度磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,各向同性磁介質(zhì)相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率順磁質(zhì)（非常數(shù)）抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)83,例1有兩個(gè)半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時(shí)，試求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；（2）圓柱體外面一點(diǎn)Q的磁感強(qiáng)度.II84,解（1）II（2）85,86,例一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為μ，相對磁導(dǎo)率為μr的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為n。求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度解：9/3/202187,88,89,2磁化曲線磁滯回線θ4006008001000H/(Am-1)15105B/10-4TB=f(H)順磁質(zhì)的B-H曲線0順磁質(zhì)抗磁質(zhì)>1順磁質(zhì)<1抗磁質(zhì)90,初始磁化曲線.......矯頑力飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁滯回線剩磁鐵磁質(zhì)的磁滯回線9/3/202191,3鐵磁性材料O軟磁材料O硬磁材料電磁鐵、變壓器交流電動(dòng)、發(fā)電機(jī)O矩磁鐵氧體材料CF永磁體存儲(chǔ)元件92