清华大学_物理系_普通物理_电磁学_4

nullnull第五章 真空中的静磁场magnetic field§5.1 磁场§5.2 毕－萨－拉定律及应用 §5.3 安培定律§5.4 磁场的高斯定理及安培环路定理§5.5 磁力* 附表：静电场和静磁场对比null-1820年 奥斯特 磁针§5.1 磁场电流有磁效应法国物理学家阿拉果 安培 毕奥 萨伐尔 拉普拉斯从奥斯特磁针观察到对磁现象的系统认识 只用半年时间 1. 基本磁现象null 磁体与电流有相互作用 电流与电流之间有相互作用洛仑兹力公式2. 磁感应强度 运动电荷在电磁场中受力：问题: 1) 磁场的性质? 2) 磁场的本源?对运动电荷或电流有作用 电流或运动电荷周围既有电场又有磁场安培null(Magnetic Induction) 或称磁通密度 (magnetic flux density)单位：特斯拉(T)磁感应线null3.安培公式电流受到的磁场力？ 安培发现 任意电流元受力为整个电流受力安培力公式安培力（KD030）安培力(演示）.mpegnull例1 在均匀磁场 B 中放置一半径为 R 的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感应强度方向夹角 = 30°,求此段圆弧电流受的磁力.场均匀null§5.2 毕－萨－拉定律及应用 1. 毕萨拉定律 电流元 current element真空中的磁导率null2. 叠加原理 电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内，磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系。是圆心在电流元轴线上的一系列的同心圆。演示直线电流产生的磁场（KD027）null例2 求圆电流中心的磁感强度 解：任取电流元在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外 大小为各电流元的磁场方向相同 大小直接相加null例3 直电流磁场的特点 1)场点在直电流延长线上2)长直载流导线 中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同 中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度 无限长和半无限长载流导线null§5.3 安培定律4个示零实验 理论分析归纳 不符合牛顿第三定律载流平行直导线的相互作用（KD29） 通电导线间的作用力（演示）.mpegnull实验一实验二null实验三null实验四周长比间距比I1 = I3null例4 如图 长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面 电流强度均为I 求：相互作用力解：在电流上任取电流元 (在哪个电流上取？)null§5.4 磁场的高斯定理及安培环路定理 磁通量单位：韦伯(Wb)1. 磁场的高斯定理无源场 高斯定理null利用叠加原理可证得 null矢量公式高斯Gauss定理斯托克斯Stokes定理推广算式nullnull*磁单极（magnetic monopole）：1931 ，Dirac预言了磁单极子的存在。量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：磁单极子质量： 根据电和磁的对称性：qm — 磁荷这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。null人们希望从宇宙射线中捕捉到磁单极子。 斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。有磁单极子穿过时，感应电流记录到了预期电流的跃变，但以后再未观察到此现象。实验中采用了直径5cm的铌线圈4匝。经过151天的连续等待，1982.2.14自动记录仪null无头无尾 闭合曲线与电流套连与电流成右手螺旋关系 磁力线 磁力线的性质2.安培环路定理 定理表述 在恒定磁场中，磁感强度 沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。null空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向L上的任一线元与L套连的电流 如图示的代数和 与L绕行方向成右螺电流取正 如图示的电流null证明null各种典型的磁感应线的分布：nullnull3. 安培环路定理在解场方面的应用 对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路L，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。) 例5 求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为N 总长为 通过稳恒电流 电流强度为分析对称性 知内部场沿轴向 方向与电流成右手螺旋关系nullnull取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda由安培环路定理均匀场null思考磁场如何？截面形状任意的密绕长直螺线管内外的提示：利用对称性（轴矢量、极矢量）null由安培环路定理可解一些典型的场 无限长载流直导线 密绕螺绕环 无限大均匀载流平面(面)电流的(线)密度null(体)电流的(面)密度 如图 电流强度为I的电流通过截面S若均匀通过 电流密度为(面)电流的(线)密度 如图 电流强度为I的电流通过截线若均匀通过 则null§5.5 磁力 1.带电粒子在磁场中受力 洛仑兹力2.霍耳效应1879年美国物理学家霍耳发现： 对应图中沿Z方向有电势差null霍耳电势差：KH  霍耳系数判断载流子种类，测量载流子浓度，测磁场等。霍耳电阻null在极低温、强磁场下*量子霍耳效应：1990年定义RK 的测量准确到10 101980年克里青发现，null*分数量子霍耳效应： 崔琦和施特默（Störmer）发现在更强的磁场下，n 可以是分数，如：1/3、1/5、1/2、1/4等，这称为分数量子霍耳效应。获得了1985年诺贝尔物理学奖。默和崔琦获得了1998年诺贝尔物理学奖。 整数和分数量子霍耳效应及其理论解释是我们认识宏观量子现象的一次重要突破。劳克林（Laughlin）成功地给出了理论解释。该效应表明，有携带分数电荷的准粒子存在。劳克林、施特克里青null3. 磁聚焦AA在θ不大、v几乎相同的▲ 磁约束电子束在磁场中的螺旋运动螺旋运动.mpg条件下，形成磁聚焦null 在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子碰撞产生的辐射，就形成了极光。*绚丽多彩的极光nullnull4. 磁 流 体 船null在1ms内，速度可达10km/s5. 电磁轨道炮弹块null6.平面载流线圈的磁矩[magnetic (dipole) moment]定义平面载流线圈的磁矩非平面载流线圈的磁矩或null通常场点距平面线圈的距离磁矩电偶极子电偶极矩 磁矩场量的表达形式相同- +或null载流线圈在均匀磁场中 合力 力矩载流线圈在均匀磁场中的能量与静电场对比nullnull类比 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 1.产生2.被作用电荷与电荷运动状态无关只对运动电荷作用3.表观性质力 作功力 作功4.基本物理量5.基本定理基本性质表一 场的产生与性质静电场稳恒磁场null1.点电荷(电流元)场的叠加方法典型题目2.某些对称性高斯定理球 柱 面(体、面、点)(体、面、线)(板、面)安环定理3.典型场叠加长直螺线管类比总结 null1.点(元)受力2.电荷(电流)受力3.典型题目受力？思路：类比总结 三null4.应用1)均匀场在外场中获得的能量2)非均匀场类比总结 三