稳恒磁场PPT课件

.,1,一.基本磁现象,三个认识阶段：,1、早期阶段（磁铁磁铁）,(1)天然磁铁（吸铁石）能吸引铁、镍、钴等物质,(2)条形磁铁的两端称作磁极，分别为S、N极,磁感应强度,.,2,(3)同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引,(4)不存在磁单极子,.,3,2、电流磁铁电流电流,(1).1820年7月奥斯特实验,意义,揭示了电现象与磁现象的联系宣告电磁学作为一个统一学科诞生此后迎来了电磁学蓬勃发展的高潮,.,4,(2).相关实验,a.同向相吸,b.异向相斥,平行电流之间相互作用的演示,通电导线受马蹄形磁铁作用而运动,.,5,螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极,螺线管与磁棒的等效性,.,6,小结：类似于静止电荷之间的相互作用力是通过电场来传递的，上述的各种相互作用都是通过磁场来传递的。,.,7,(1).安培的“分子环流假说”,安培分子环流假说：组成磁铁的最小单元就是分子环流，若这样一些分子环流定向地排列起来，在宏观上就会显示出N、S极来,3、电流磁场电流,.,8,安培认为：磁现象的本质是电荷的运动物质的磁性来源于“分子”电流,小结：磁极或电流之间的相互作用可归结为运动电荷之间的相互作用，而这种相互作用是通过磁场来传递的。,.,9,二.磁感应强度的定义,(1)的方向：与小磁针N极在磁场中某点的稳定指向一致.,.,10,磁场的高斯定理,静电场：,磁场：,静电场是有源场,一.磁感应线（磁力线）,规定,(1)方向：磁力线切线方向为磁感应强度,的单位面积上穿过的磁力线条数为磁感,的方向,(2)大小：垂直,应强度,的大小,.,11,.,12,(2)与电流相互套连，服从右手螺旋定则,(3)磁力线不相交,磁力线的特征,(1)无头无尾的闭合曲线,.,13,2.磁通量,磁通量：通过磁场中某给定面的磁感线的总条数,微元分析法（以平代曲，以恒代变）,.,14,对封闭曲面，规定外法向为正方向。,进入的磁感线,穿出的磁感线,.,15,1、磁场对运动电荷的作用洛仑兹力:,一、带电粒子在磁场中的运动,大小：,方向：垂直于（）平面,方向,方向,特点：不改变大小，只改变方向.不对做功.,洛仑兹力,.,16,+,q,2.带电粒子在磁场中的运动,在匀强磁场中的三种情况：,粒子做匀速直线运动,（2）,粒子做匀速圆周运动,.,17,回旋周期或回旋频率与带电粒子的速率及回旋半径无关,.,18,一般情况,带电粒子作螺旋运动,磁聚焦原理,粒子源A,很小时,接收器A,发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚,.,19,减少粒子的纵向前进速度，使粒子运动发生“反射”,磁约束原理,在非均匀磁场中，速度方向与磁场不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化,磁场增强，运动半径减少,强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近横向磁约束,纵向磁约束,.,20,线圈,线圈,高温等离子体,应用：磁镜,磁场：轴对称中间弱两边强粒子将被束缚在磁瓶中磁镜：类似于粒子在反射面上反射（名称之来源）在受控热核反应中用来约束等离子体,.,21,极光,由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象,.,22,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的碰撞产生的辐射就形成了极光,绚丽多彩的极光,.,23,回旋加速器,用于产生高能粒子的装置，其结构为金属双D形盒，在其上加有磁场和交变的电场。将一粒子置于双D形盒的缝隙处，在电场的作用下，能量不断增大，成为高能粒子后引出轰击靶.,.,24,劳伦斯（19011958）：美国物理学家，因为发明和发展了回旋加速器，以及用它得到人工放射性元素获得1939年诺贝尔物理奖。右图是真空室直径为10.2cm的第一台回旋加速器。,历史之旅,.,25,目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。,世界第二大回旋加速器在欧洲加速中心，加速器分布在法国和瑞士两国的边界，加速器在瑞士，储能环在法国。产生的高能粒子能量为280亿电子伏特。,.,26,一、安培定律,一个运动电荷q受到的洛伦兹力是,安培定律,一个电流元所受的磁场力为,安培定律,电流元,.,27,整个载流导线所受安培力,讨论,(1)安培定律是矢量表述式,(2)若磁场为匀强场,.,28,例均匀磁场中弯曲导线所受磁场力,其所受安培力,方向垂直于屏幕向里,均匀磁场中，弯曲载流导线所受磁场力与从起点到终点间载有同样电流的直导线所受的磁场力相同.,在导线上取电流元,.,29,结论,1)均匀磁场中,一段任意形状载流导线所受的力等于电流的起点、终点与之相同的载流直导线所受的力;,2)均匀磁场中,任意形状闭合电流所受合力为零.,.,30,练习：,1.求下列各图中电流I在磁场中所受的力,受力,方向向右,.,31,二.均匀磁场对载流线圈的作用力矩,（方向相反在同一直线上）,（线圈无平动）,对中心的力矩为,（方向相反不在一条直线上）,磁矩,.,32,毕奥萨伐尔定律,一.毕奥萨伐尔定律,实验定律，反映电流元在空间激发磁场的规律,.,：由电流元指向场点的位置矢量,：真空磁导率,大小为：,电流元,.,33,载流导线在真空中P点处的总磁感应强度,二.毕奥萨伐尔定律的应用,求解电流磁场分布基本思路：,将电流视为电流元（或典型电流）的集合,电流元（或典型电流）磁场公式和磁场叠加原理,电流磁场分布,.,34,例直线电流的磁场,解：,已知：,求：分布,统一变量：,各电流元在P点同向,.,35,:场点到直电流距离,:终点到场点矢径与I方向的夹角,:起点到场点矢径与I方向的夹角,1.无限长直电流：,.,36,3.任意形状直导线,I,1,2,2.直导线及其延长线上点,.,37,例载流圆线圈的磁场,求轴线上一点P的磁感应强度,根据对称性,方向满足右手定则,.,38,讨论,如果由N匝圆线圈组成,(2)一段圆弧在圆心处产生的磁场,.,39,例求右图中O点的磁感应强度,.,40,例,求两平行无限长直导线之间的相互作用力？,解,电流2处于电流1的磁场中,同时，电流1处于电流2的磁场中，,电流2中单位长度上受的安培力,电流1中单位长度上受的安培力,.,41,1）选在垂直于长直载流导线的平面内，以导线与平面交点O为圆心，半径为r的圆周路径L，其指向与电流成右旋关系,1.以无限长直电流的磁场为例验证,安培环路定理,静电场:,静电场是保守场,磁场:,.,42,与环路绕行方向成右旋关系的电流对环流的贡献为正，反之为负。,回路绕向转向逆时针时：,统一为：,o,o,.,43,2）选择在垂直于导线平面内围绕电流的任意闭合路径,如果规定与L绕向成右旋关系，反之,统一为：,.,44,3)环路中不包围电流的情况,对一对线元来说,环路不包围电流,.,45,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.,多电流情况,安培环路定理,.,46,安培环路定理,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.,注意,电流正负的规定：与成右螺旋时，为正；反之为负.,.,47,对闭合回路,对闭合回路,.,48,.,49,二.安培环路定理的应用,例,求无限长圆柱面电流的磁场分布。,P,L,解,系统有