大学物理恒定磁场市公开课获奖课件

1、大学物理助学大连理工大学物理系PHYH余 虹10/10/1DUT 余 虹第1页第1页第8章 恒定磁场10/10/2DUT 余 虹第2页第2页自然界各种基本力能够互相转化。终归电是否以隐蔽方式对磁体有作用？17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！1731年 英国商人 雷电后，刀叉带磁性！1751年富兰克林莱顿瓶放电后，缝衣针磁化了！18 奥斯忒8.1 磁场 磁感应强度一、磁力与磁现象10/10/3DUT 余 虹第3页第3页电与磁奥斯忒184月丹麦物理学家奥斯特在哥本哈根大学作相关电和磁演讲，接通电源时，他发觉放在边上磁针轻轻抖动了一下，他意识到这是盼望已久电流磁效应。II187月21日，奥斯

2、忒以拉丁文报导了60次试验结果。10/10/4DUT 余 虹第4页第4页 Q0静止 Q0运动 静止 运动 运动电荷除了在周围产生电场外，尚有另一个场只对运动电荷起作用磁场稳恒电流产生磁场叫稳恒磁场。Q0场源电荷受力10/10/5DUT 余 虹第5页第5页 静止电荷静止电荷静止电荷之间作用力 电力运动电荷之间作用力 电力+ 磁力 运动电荷运动电荷阐明1、磁场由运动电荷(或电流)产生;3、磁场是物质有能量、有质量二、磁场 磁感应强度 电场 磁场传递磁互相作用2、磁场对运动电荷(或电流)有力作用;10/10/6DUT 余 虹第6页第6页洛仑兹力运动电荷在电磁场中受力磁感应强度设计试验检查空间一点磁感

3、应强度单位 T 或 Gs 1Gs =10 4 T磁场服从叠加原理q 沿此直线运动时10/10/7DUT 余 虹第7页第7页毕奥-萨伐尔定律真空磁导率叠加原理三、毕奥-萨伐尔定律II 10/10/8DUT 余 虹第8页第8页求：直线电流磁场分布。方向 -l L 则 1=0 2= l21例题IO方向：右手定则10/10/9DUT 余 虹第9页第9页求：圆电流轴线上磁感应强度。例题xRxI10/10/10DUT 余 虹第10页第10页求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处磁场。例题方向 解：RIabI dl10/10/11DUT 余 虹第11页第11页例题宽度为 a 无限长金属平板，均匀通电流I，将板细分

4、为许多无限长直导线每根导线宽度为 d x 通电流解：建立坐标系所有dB 方向都同样： 求：图中P点磁感应强度。Ix0 xPd10/10/12DUT 余 虹第12页第12页一、磁感应线 磁通量2.与形成磁场电流相套连.磁感应线特点1. 无头无尾闭合曲线.单位 韦伯（W b）I8.2 磁场高斯定理10/10/13DUT 余 虹第13页第13页二、高斯定理 磁场是无源场.磁感应线是闭合曲线.求穿过旋转曲面磁通量，能够通过求穿过平面圆磁通量。为何？10/10/14DUT 余 虹第14页第14页正向穿过以L为边界任意曲面电流代数和。I1I2I3L2L1磁场 B 由所有电流奉献！8.3 安培环路定理一、安

5、培环路定理10/10/15DUT 余 虹第15页第15页二、 安培环路定理应用用来求解含有高度对称磁场求：无限长直线电流磁场解：对称性分析磁感应线是 躺在垂直平面上同心圆。例题IBL0rB选环路10/10/16DUT 余 虹第16页第16页求：无限长圆柱面电流磁场例题ILRr解：对称性分析磁感应线是 躺在垂 直平面上同心圆。选环路10/10/17DUT 余 虹第17页第17页 与轴平行！例题求：均匀密绕无限长直螺线管磁场（已知 n 、I）解：对称性分析管内垂轴平面上任意一点 垂直平面有限长螺线管当 LR ，在中部也有此结果在端部 10/10/18DUT 余 虹第18页第18页例题求：均匀密绕螺

6、线环磁场（已知 中心半径R，总匝数N，电流强度I）解：对称性分析管内任意一个垂轴平面都是对称面磁感应线是一组同心圆IRrrLR1R20 （其它）与环横截面形状无关。10/10/19DUT 余 虹第19页第19页一、在 均匀磁场匀速直线运动磁力提供向心力。 匀速率圆周运动R=常量轨迹？8.4 带电粒子在磁场中运动周期与速度无关.10/10/20DUT 余 虹第20页第20页= 螺旋运动粒子束发散角不大、速度相近，v/ 几乎相等。匀速率圆周运动+匀速直线运动 h 螺 距半径周期h磁聚焦10/10/21DUT 余 虹第21页第21页（3）地磁场内范艾仑辐射带二、 非均匀磁场（1）磁镜（2）磁瓶I60

7、000km8OO km4000km用于高温等离子磁约束（也是螺旋运动，R 、h 都在改变）10/10/22DUT 余 虹第22页第22页Ihb- - - - - - V垂直于 方向出现电势差 霍耳效应 霍耳电压UH正效应载流子是 空穴 P型半导体 IBUHUH负效应载流子是电子 n型半导体 三、霍耳效应10/10/23DUT 余 虹第23页第23页平衡时相 等I - - - - -b霍耳系数10/10/24DUT 余 虹第24页第24页理论曲线霍耳电阻 量子霍耳效应B崔琦、施特默：更强磁场下 克里青：半导体在低温强磁场 m=1、2、3、 1985年 诺贝尔物理奖 1998年 诺贝尔物理奖试验曲

8、线10/10/25DUT 余 虹第25页第25页例题 质谱仪测粒子荷质比试验：加速电压U，均匀磁场B，粒子垂直入射，进口到胶片统计位置间距为D，计算粒子Q/m值。解：粒子进质谱仪时动能进磁场后做匀速率圆周运动， DRU10/10/26DUT 余 虹第26页第26页 8.5 载流导线在磁场中受力一、一段载流导线上力安培力1个电子N个电子受力I电流元12受力10/10/27DUT 余 虹第27页第27页 均匀磁场2、均匀磁场中闭合线圈 F = 0 长度矢量阐明：1、3、若处处 （不一定均匀） F = 0I直导线任意导线I10/10/28DUT 余 虹第28页第28页 均匀磁场中放置二分之一径为R半

9、圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角 = 30，求此段圆弧电流受磁力。例题长度矢量解：方向 2R10/10/29DUT 余 虹第29页第29页二、平面刚性载流线圈上安培力矩 均匀磁场作用在始终线上l1l2abcdI俯视l1不作用在始终线上力矩方向：（俯视图上）磁矩M=ISBM = 0 = 0 稳定平衡； = 不稳定平衡。力矩总力图使线圈正向磁通量达到最大。10/10/30DUT 余 虹第30页第30页求：平行电流间单位长度上互相作用力 方向方向 I1I2rB21B12 同流向，相吸引；逆流向，相排斥。例题 方向方向 10/10/31DUT 余 虹第31页第31页解：一小段电流元受力 磁铁N 极正上方水平放二分之一径为R载流导线环，沿环处 B 与垂直方向夹角为（如图）例题由对称性方向向上INR求： 导线环受磁力。10/10/32DUT 余 虹第32页第32页三、磁力功当 I 不随时间改变正向磁通增长