电磁学课件-稳恒磁场

《电磁学》多媒体教学 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 南昌大学理学院第四章稳恒磁场§1磁的基本现象和规律§2载流回路的磁场§3磁场的“高斯定律”与安培环路定理§4磁场对载流导线的作用§5带电粒子在磁场中的应用一、磁现象§1磁的基本现象和规律1、磁铁的磁现象磁极：N，S相互作用：同性相斥，异性相吸NSNNSS1920年7月2、电流的磁场§1磁的基本现象和规律奥斯特实验表明1、长直流导线与之平行放置的指针受到力偏转－电流的磁效应2、磁针是在水平面内偏转的－横向力3、突破了非接触的物体之间只存在有心力的观念－拓宽了作用力类型§1磁的基本现象和规律相关实验9.18Ampere圆电流对磁针作用9.25Ampere平行电流对磁针作用9.25Arago钢片被电流磁化§1磁的基本现象和规律Ampere通电导线受马蹄形磁铁作用而运动相关实验§1磁的基本现象和规律螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极相关实验§1磁的基本现象和规律一系列实验表明磁铁－－－磁铁电流－－－电流都存在相互作用§1磁的基本现象和规律3、安培分子电流假说：安培人为磁铁的磁性与电流的磁性的起源是相同的。磁铁的磁性来自于铁磁物质的分子电流。总而言之，所有的磁性都来自于的电流。4、运动电荷产生磁现象！二、磁场1、磁场的概念：磁场就是运动电荷激发或产生的一种物质。2、基本任务：用什么物理量描写磁场；运动电荷产生磁场的规律；磁场对运动电荷作用的力。§1磁的基本现象和规律单位特斯拉+磁感强度的定义：当正电荷垂直于特定直线运动时，受力将方向定义为该点的的方向.磁感强度大小运动电荷在磁场中受力§2毕奥—萨伐尔定律P*一电流元在空间产生的磁场真空磁导率任意载流导线在点P处的磁感强度磁感强度叠加原理§2毕奥—萨伐尔定律12345678例判断下列各点磁感强度的方向和大小.+++1、5点：3、7点：2、4、6、8点：毕奥—萨伐尔定律§2毕奥—萨伐尔定律PCD*解方向均沿x轴的负方向二、载流直导线的磁场§2毕奥—萨伐尔定律的方向沿x轴的负方向.无限长载流长直导线的磁场.PCD+§2毕奥—萨伐尔定律IB电流与磁感强度成右螺旋关系半无限长载流长直导线的磁场无限长载流长直导线的磁场*PIBX§2毕奥—萨伐尔定律I真空中,半径为R的载流导线,电流I,求其轴线上一点p的磁感强度的方向和大小.解根据对称性分析三、圆形载流导线的磁场.p*§2毕奥—萨伐尔定律p*§2毕奥—萨伐尔定律3）4）1）若线圈有匝讨论*2）的方向不变(和成右螺旋关系）§2毕奥—萨伐尔定律oI（5）*Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）x一磁场高斯定理规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度B的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感强度B的大小.III§3磁场高斯定理和安培环路定理1.磁通量SNISNI磁场中某点处垂直矢量的单位面积上通过的磁感线数目等于该点的数值.§3磁场高斯定理和安培环路定理单位§3磁场高斯定理和安培环路定理物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零（故磁场是无源的.）磁场高斯定理§3磁场高斯定理和安培环路定理2.磁场的高斯定理例如图载流长直导线的电流为,试求通过矩形面积的磁通量.解先求，对变磁场给出后积分求§3磁场高斯定理和安培环路定理§3磁场高斯定理和安培环路定理o设闭合回路为圆形回路（与成右螺旋）载流长直导线的磁感强度为二安培环路定理1.安培环路定理的证明若电流反向，环路方向不变，对任意形状的回路与成右螺旋§3磁场高斯定理和安培环路定理电流在回路之外多电流情况以上结果对任意形状的闭合电流（伸向无限远的电流）均成立.安培环路定理§3磁场高斯定理和安培环路定理2.安培环路定理的表述即在真空的稳恒磁场中，磁感应强度沿任一闭合路径的积分的值，等于乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和.电流正负的规定：与成右螺旋时，为正；反之为负.注意：§3磁场高斯定理和安培环路定理例求长直密绕螺线管内磁场§3磁场高斯定理和安培环路定理.BrBzBr......znII反射面解：∵n大(密绕)，∴螺距小，螺线管可简化为由一匝匝平面圆电流圈并排排列所组成。由无限长条件和轴对称，有：用对称性原理分析：该电流系统对图示反射面镜像对称,是轴矢量。经镜像反射不变，经空间反演变号。故应有选回路.++++++++++++MNPO磁场的方向与电流成右螺旋.无限长载流螺线管内部磁场处处相等,外部磁场为零.§3磁场高斯定理和安培环路定理当时，螺绕环内可视为均匀场.例求载流螺绕环内的磁场2）选回路.解1）对称性分析；环内线为同心圆，环外为零.令§3磁场高斯定理和安培环路定理例无限长载流圆柱体的磁场解1）对称性分析2）选取回路.§3磁场高斯定理和安培环路定理的方向与成右螺旋§3磁场高斯定理和安培环路定理例无限长载流圆柱面的磁场解§3磁场高斯定理和安培环路定理§4磁场对载流导线的作用安培力——磁场对载流导体的作用力。安培力的规律是安培由实验确立的。其数学表达式为在历史上，首先由实验得出安培定律。然后导出洛仑兹力公式。实质上，安培力是洛仑兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观本质。一、安培力根据力的叠加原理，磁场对一段载流导线的安培力为:§4磁场对载流导线的作用例如图所示，试求导线所受的安培力。解：F1=F2=BIl,方向向下，对半圆形导线，由对称性分析可知，只有垂直向下的分量互相加强，而水平分量互相抵消，作用在全段导线上的总安培力为方向向下。这个结论可以推广到均匀磁场中任意形状的稳恒载流导线。·§4磁场对载流导线的作用二、平行无限长直导线间相互作用§4磁场对载流导线的作用国际单位制中电流单位安培的定义在真空中两平行长直导线相距1m，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为时，规定这时的电流为1A（安培）.问若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？可得§4磁场对载流导线的作用三、矩形载流线圈在均匀磁场中所受力矩abcdIIa(d)d(c)作用在线圈力矩为:考虑三个物理的大小和方向的关系可写成：考虑三个物理的大小和方向的关系可写成：§5带电粒子在磁场中运动一洛仑兹力电场力磁场力（洛仑兹力）+运动电荷在电场和磁场中受的力方向：即以右手四指由经小于的角弯向，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向.§5带电粒子在磁场中运动例1一质子沿着与磁场垂直的方向运动,在某点它的速率为.由实验测得这时质子所受的洛仑兹力为.求该点的磁感强度的大小.解由于与垂直，可得问1）洛仑兹力作不作功？2）负电荷所受的洛仑兹力方向？§5带电粒子在磁场中运动二带电粒子在均匀磁场中运动1.2.×3.qv⊥v∥Rθ§5带电粒子在磁场中运动三荷质比的测定....................+-AA’K+dL..................................................................................................速度选择器§5带电粒子在磁场中运动dL+-o§5带电粒子在磁场中运动dL+-o上述计算的条件电子比荷§5带电粒子在磁场中运动四回旋加速器1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室.此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.§5带电粒子在磁场中运动频率与半径无关到半圆盒边缘时回旋加速器原理图NSBO~NI霍耳电压++++++-----§5带电粒子在磁场中运动五霍尔效应霍耳系数§5带电粒子在磁场中运动I++++---P型半导体+-霍耳效应的应用2）测量磁场霍耳电压1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-