[理学]第3次 磁介质 安培定理ppt课件

1、上次课内容回想上次课内容回想运动电荷磁场运动电荷磁场高斯定理高斯定理安培环路定理安培环路定理静电场静电场磁磁 场场比较比较?磁场没有保守性，它是磁场没有保守性，它是非保守场，或无势场非保守场，或无势场电场有保守性，它是电场有保守性，它是保守场，或有势场保守场，或有势场电力线起于正电荷、电力线起于正电荷、止于负电荷。止于负电荷。静电场是有源场静电场是有源场 磁力线闭合、磁力线闭合、无自在磁荷无自在磁荷磁场是无源场磁场是无源场0E dl0iiB dlI01isE dsq0B ds）（210II 1 能否与回路能否与回路 外电流有关？外电流有关？LB3I2I1IL1I1I 2假设假设 ，能否回路，能

2、否回路 上各上各处处 ？能否回路？能否回路 内无电流穿过？内无电流穿过？0BL0d lBLL012()II 讨论：讨论：Ll dB(3) (3) 安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于恣意想象的一段载流导线不成立恣意想象的一段载流导线不成立! !aILLlBdLlaIdcoscos4210例如图中载流直导线例如图中载流直导线, 设设 4/2112aaI222240220II0那么那么 L L 的环流为的环流为: :三、磁介质三、磁介质 磁化强度对照极化自学磁化强度对照极化自学P2760BBB介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中

3、的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度1 磁介质磁介质0BB铁磁质铁磁质铁、钴、镍等铁、钴、镍等顺磁质顺磁质 0BB0BB抗磁质抗磁质铝、氧、锰等铝、氧、锰等铜、铋、氢等铜、铋、氢等弱磁质弱磁质分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 mPI无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB顺磁质内磁场顺磁质内磁场2 顺磁质和抗磁质的磁化顺磁质和抗磁质的磁化无外磁场时抗磁质分子磁矩为零无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 0mP 0BBB抗磁质内磁场抗磁质内磁场qv0B0B， 同向时同向时qv0B， 反向时反向时0BFmPFmPmPmP抗磁质的磁化抗磁质的

4、磁化3 磁化强度磁化强度mPMV分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位单位:意义：磁介质中单位体积内分子的合磁矩。意义：磁介质中单位体积内分子的合磁矩。磁场强度磁场强度 MBH00rBHH BH用磁场强度表述的安培环路定理：用磁场强度表述的安培环路定理：iiLIl dH 沿任一闭合途径磁场强度的环流等于该闭沿任一闭合途径磁场强度的环流等于该闭合途径所包围的传导电流的代数和。合途径所包围的传导电流的代数和。物理意义物理意义4 安培环路定理安培环路定理 H 的环流仅与传导电流的环流仅与传导电流 I 有关，与介质无关，有关，与介质无关，因此用它求场量因此用它求场量H 要比直接计算要比

5、直接计算B 简便得多。磁场简便得多。磁场强度强度H与在有电介质的静电场中引入的电位移与在有电介质的静电场中引入的电位移D类似，类似，它们都是辅助物理量。它们都是辅助物理量。四、安培环路定理的意义四、安培环路定理的意义当磁场分布具有某种对称性时，可以用安培环路当磁场分布具有某种对称性时，可以用安培环路定理求磁感强度。定理求磁感强度。用安培定律求解磁感应强度的步骤：用安培定律求解磁感应强度的步骤：1根据电流分布确定磁场分布的对称性。根据电流分布确定磁场分布的对称性。2选取适宜的闭合途径，此途径经过场点，并使积分选取适宜的闭合途径，此途径经过场点，并使积分 为可积的。为可积的。ll dB3选择积分途

6、径的取向，根据取向确定穿过回路内选择积分途径的取向，根据取向确定穿过回路内 电流的正负。电流的正负。磁场是有旋场磁场是有旋场 电流是磁场涡旋的轴心电流是磁场涡旋的轴心 五、安培环路定理的运用五、安培环路定理的运用 当场源分布具有高度对称性时，利用安培环当场源分布具有高度对称性时，利用安培环路定理计算磁感应强度。路定理计算磁感应强度。1. 无限长载流圆柱体无限长载流圆柱体电流沿轴向，在截面上均匀分布电流沿轴向，在截面上均匀分布分析对称性分析对称性电流分布电流分布轴对称轴对称磁场分布磁场分布知：知：I、RRIBdOP1dS2dS1Bd2Bd的方向判别如下：的方向判别如下：BBLH dlIz 作积分

7、环路并计算环流作积分环路并计算环流如图如图 rR2H dlHdlHr2 rHI002IBHrz 利用安培环路定理求利用安培环路定理求H0()B H RIr2H dlHdlrH22IrR 作积分环路并计算环流作积分环路并计算环流如图如图 rR 利用安培环路定理求利用安培环路定理求HH dlI0022IrBHR()B H 0rIRI结论结论 无限长载流圆柱导体无限长载流圆柱导体知：知：I、RRr0B02IR020 ()2 ()2IrrRRBIrRrBBI讨论讨论长直载流圆柱面长直载流圆柱面 知：知：I、R2H dlHdlrH0 () ()rRIrR00 () ()2rRBIrRrB02IRORrR

8、I练习练习求求的分布。的分布。B20121(1),0(2),2(3),0rRBIRrRBrrR B同轴的两筒状导线通有等值反向的电流同轴的两筒状导线通有等值反向的电流 ,IIrI1R2R电场、磁场中典型结论的比较电场、磁场中典型结论的比较rIB 20 rE02 202 RIrB 202RrE 0 E0 B外外内内内内外外rE02 rIB 20 rE02 rIB 20 长直圆柱面长直圆柱面电荷均匀分布电荷均匀分布电流均匀分布电流均匀分布长直圆柱体长直圆柱体长直线长直线2. 长直载流螺线管长直载流螺线管知：知：I、n分析对称性分析对称性管内磁力线平行于管轴管内磁力线平行于管轴管外磁场为零管外磁场为

9、零单位长度导线匝数单位长度导线匝数作积分回路如图作积分回路如图方向方向右手螺旋右手螺旋BabcdbcdaabcdH dlH dlH dlH dlH dl 计算环流计算环流000H dlnabIH ab利用安培环路定理求利用安培环路定理求HI00nIB(内)(外)Babcd3. 环形载流螺线管环形载流螺线管分析对称性分析对称性磁力线分布如图磁力线分布如图作积分回路如图作积分回路如图方向方向右手螺旋右手螺旋导线总匝数导线总匝数NI2R1Rr知：知：I N1R2R 计算环流计算环流2R1RrH dlNI利用安培环路定理求利用安培环路定理求H2H dlHdlrH1221 ()RRRR若、020NIBr

10、(内)(外)0BnI1 22NNnRr则1ROrB2R4. 无限大载流导体薄板无限大载流导体薄板导线中电流强度导线中电流强度 I单位长度导线匝数单位长度导线匝数n知：知：分析对称性分析对称性磁力线如图磁力线如图作积分回路如图作积分回路如图abcd与导体板等距与导体板等距、BddabcIP俯视图俯视图bcdaabcdH dlH dlH dlH dlH dl 计算环流计算环流板上下两侧为均匀磁场板上下两侧为均匀磁场H abH cd2H ab利用安培环路定理求利用安培环路定理求HH dln ab I0002BnIdabc讨论讨论00BnI两板外侧两板之间 如图，两块无限大载流导体薄板平行放置通如图，

11、两块无限大载流导体薄板平行放置通有相反方向的电流。有相反方向的电流。知：导线中电流强度知：导线中电流强度 I、单位长度导线匝数、单位长度导线匝数n练习练习如图，螺绕环截面为矩形如图，螺绕环截面为矩形AI7 . 1 匝匝1000 N外半径与内半径之比外半径与内半径之比6.112 RR高高cmh0.5 导线总匝数导线总匝数求：求：1. 磁感应强度的分布磁感应强度的分布2. 经过截面的磁通量经过截面的磁通量h2R1RI解：解：1. 2HdlHdlrHNI0(2)BNIr2 . B dsBdSdShdr210021ln22RRBdSNINIhRhdrrRh2R1RIdr非匀强磁场非匀强磁场一段直线电流

12、一段直线电流(所在点离直线所在点离直线电流电流(或延伸线或延伸线)r，和起、终，和起、终点连线与电流夹角点连线与电流夹角 磁感强度根本公式小结磁感强度根本公式小结21, )(0)cos(cos4210点点在在直直线线电电流流延延长长线线上上 rIB圆形电流轴线上半径圆形电流轴线上半径R，点到圆心间隔点到圆心间隔x2/32220)(2xRIRB 圆弧形电流圆心处半径圆弧形电流圆心处半径R，弧形电流所张圆心角弧形电流所张圆心角 04IBR直螺线管轴线上单位长度匝直螺线管轴线上单位长度匝数数n，点与起、终端管壁连线，点与起、终端管壁连线与轴夹角与轴夹角1、2)cos(cos21120 nIB本次作业

13、本次作业:8-39、42、43、48、50“无限长直线电流无限长直线电流 rIB 20 RrrIRrB 200 RrrIRrRIrB 22020“无限长均匀载流圆无限长均匀载流圆柱面半径柱面半径R “无限长均匀载流圆无限长均匀载流圆柱体半径柱体半径R “无限长直螺线管无限长直螺线管 外外内内00nIB 环形螺线管环形螺线管 外外为到环心的距离为到环心的距离内内0)(20rrNIB 无限大载流平面无限大载流平面02nIBBrBBrrRR7-7 带电粒子在电场、磁场中运动带电粒子在电场、磁场中运动 洛伦兹力洛伦兹力一一 带电粒子在电场和磁场中所受的力带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力电场力eFq

14、E磁场力洛伦兹力磁场力洛伦兹力mFqBvBqEqFv运动电荷在电场运动电荷在电场和磁场中受的力和磁场中受的力xyzovBmFq二二 带电粒子在磁场中运动举例带电粒子在磁场中运动举例RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf211 盘旋半径和盘旋频率盘旋半径和盘旋频率2 磁聚焦磁聚焦洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功vvvsinvv 洛伦兹力洛伦兹力 mFqBv 与与 不垂直不垂直Bvcos vvmRqBvqBmT2cos (2/()dmqBvTv螺距螺距 磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中点在均匀磁场中点 A 发射一束发射一束初速度相差不大的带电粒子，它们的初速度相差不大的带电粒子，它

15、们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不同，但都较小，这些不同，但都较小，这些粒子沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近粒子沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，相交于屏上同一点，此景象称为似相等，相交于屏上同一点，此景象称为磁聚焦磁聚焦 。0vB 运用运用 电子光学，电电子光学，电子显微镜等子显微镜等 。1 质谱仪质谱仪 P264RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱三三 带电粒子在电场和磁场中运动举例带电粒子在电场和磁场中运动举例质谱仪的表示图质谱仪的表示图v1S3S2S2P1PBB2 盘旋加速器盘旋加速器 P265 1932年劳伦斯研制第一台盘旋加速器的年劳伦斯研制第一台盘旋加速器的D型室。型室。 此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能的能量，为此量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖。年劳伦斯获诺贝尔物理学奖。3 霍耳效应霍耳效应BqqEdHvBEdH