磁場習(xí)題課757796620140529220906.ppt

穩(wěn)恒磁場習(xí)題課,（一）教學(xué)要求重點,確切理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。 能熟練應(yīng)用畢奧-薩伐爾定律和安培環(huán)路定理計算一些典型問題中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 理解有磁介質(zhì)存在時的安培環(huán)路定理及其應(yīng)用，對某些磁場分布具有一定對稱性的載流體，能運用該定理計算H與B的分布。,1. 導(dǎo)體中形成電流的條件：, 在導(dǎo)體內(nèi)有可以自由移動的電荷或叫載流子, 在導(dǎo)體兩端要存在有電勢差,2. 電流密度矢量:,3.電源電動勢,4.歐姆定律的微分形式,（二）基本概念和規(guī)律,一、穩(wěn)恒電流,1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度：,2. 磁力線的性質(zhì),3.磁通量 標(biāo)量,4.磁場中的高斯定律,大?。?B = Fm /qv,的方向定義如圖,洛侖茲力：,二、磁場的描述,圓周軌道半徑:,運動一周的時間:,帶電粒子在磁場中的運動,1.洛倫茲力,三、磁力,帶電粒子在電場和磁場中運動受力：,若無其它外力則有：,原則上可解出粒子的運動情況.,2.霍爾效應(yīng),霍爾系數(shù),霍爾電勢差,載流導(dǎo)線在磁場受力,3.載流導(dǎo)線在磁場受的力 安培力,電流元的方向：規(guī)定電流方向,用力的分量式積分.,一段載流導(dǎo)線L在磁場受力:,載流線圈在磁場中的力矩矢量,其中線圈的磁矩：,一般式：,適用于在均勻磁場中任何形狀的線圈.,4.磁場對載流線圈的作用,磁 矩,面方向與電流的流向符合右手螺旋關(guān)系,方向：,一、畢薩定律,四、磁場的基本規(guī)律,二、典型載流導(dǎo)體的磁場,1.載流直導(dǎo)線的磁場,有限長載流直導(dǎo)線：,無限長載流直導(dǎo)線：,2.載流圓環(huán)的磁場,軸線上一點：,環(huán)心處：,3.載流螺線管的磁場,螺線管無限長時,軸線上的磁場,軸線上,4. 圓流產(chǎn)生的磁場,均勻帶電薄圓盤旋轉(zhuǎn)() 的B,q 0,q 0,方向,5.運動電荷產(chǎn)生的磁場,I為被環(huán)路包圍的電流的代數(shù)和。,當(dāng)回路L環(huán)繞方向與電流方向成右手螺旋關(guān)系時I 為正。,三、安培環(huán)路定理(恒定電流),在恒定電流的磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 沿任何閉合路徑L的線積分等于路徑L所包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和的0 倍。,四、安培環(huán)路定理的應(yīng)用(求B),1.長直圓柱形載流導(dǎo)線內(nèi)外的磁場,r R,r R,3.載流長直螺線管內(nèi)部的磁場,電流線密度為i,2.無限大均勻載流平面的磁場,R1 r R2,如果螺繞環(huán)截面積很小,則：,與螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度表達(dá)式相同.,4.載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場,一、磁化機(jī)理,五、磁介質(zhì),二、磁化強(qiáng)度M、磁化電流 Is 、磁化電流密度 js,閉合路徑所包圍的總束縛電流等于磁化強(qiáng)度沿該閉合路徑的環(huán)流,三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,m 磁介質(zhì)的磁化率,沿任一閉合路徑磁場強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。,順磁介質(zhì)： r 1;,抗磁介質(zhì): 0 r 1;,鐵磁介質(zhì): r 1；,抗磁介質(zhì),鐵磁介質(zhì),四、磁化曲線,磁滯回線,電場 磁場,場源：,點電荷 dq,場量： E,電流 I,電荷 q,電流元,疊加原理：,B,畢-薩定律,類比,靜電場線：起始于正電荷終止于負(fù)電荷,靜磁場線：無頭無尾的閉合曲線,靜電場,靜電場的通量,點電荷,靜電場的環(huán)量,高斯定理,環(huán)路定律,連續(xù)帶電體疊加原理,電勢,磁場,穩(wěn)恒磁場的通量,高斯定律,電流元,整段電流的磁場,穩(wěn)恒磁場的環(huán)流,安培環(huán)路定律,學(xué)會類比法！,應(yīng)用舉例： 1、直線電流：有限長=無限長 2、圓電流 3、載流直螺線管軸線,應(yīng)用舉例： 1、均勻截流長直圓柱體； 2、無限長均勻截流平面,磁場施力于,1、運動電荷,2、載流導(dǎo)線,3、載流線圈,1.為什么不能把作用于運動電荷的磁力方向定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向？,Fm=0,（三）基本概念與基本原理討論題,電流 I1在電流 I2處所產(chǎn)生的磁場為：,電流 I2在電流 I1 處所產(chǎn)生的磁場為：,導(dǎo)線2單位 長度受力:,平行,分別作用在兩個物體上、同時作用、沿一條直線,2. 在真空中，同一平面內(nèi)，有兩個置于不同位置的電流源 和 ,它們之間的相互作用力大小相等，方向相反的條件是什么？它們之間的相互作用力滿足牛頓第三定律的條件又是什么？,3. 在真空中無電流區(qū)域內(nèi)，設(shè)有如圖所示的三種磁場，試根據(jù)穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場的基本定理判斷它們是否存在？,利用高斯定理和安培環(huán)路定理證明,不存在,不存在,存在,4. ab為閉合電流I的一直線段，現(xiàn)以O(shè)為圓心，OP為半徑，在垂直于電流的平面內(nèi)做一圓形回路L，試計算磁感應(yīng)強(qiáng)度沿L回路的積分，為什么這一結(jié)果與安培環(huán)路定理的結(jié)論,答：有限長電流的磁場的環(huán)路積分不符合安培環(huán)路定理，說明該定理的適用條件是恒定電流的磁場。,不一致？若ab穿過回路L的平面，結(jié)果如何？從中可以得到什么結(jié)論？,無限長,Fm=0,+q ：勻加速直線,-q ：勻減速直線,螺旋方向,螺距大小,5.在方向一致的均勻磁場和電場中，當(dāng)電子以下列三種方向射入時，試分析電子如何運動？ (1)沿場的方向入射 (2)垂直與場的方向入射 (3)與場成 角入射,7.如圖所示，設(shè)載流直導(dǎo)線可以自由的沿各方向移動和轉(zhuǎn)動，試分析在U形磁鐵作用下，此直導(dǎo)線將發(fā)生怎樣的運動？,邊轉(zhuǎn)邊向下,9.有人根據(jù)安培環(huán)路定理 認(rèn)為H僅與傳導(dǎo)電流有關(guān)，你是否同意，說明理由？,抗磁介質(zhì),鐵磁介質(zhì),10. 圖5-6中三條線分別為三種不同磁介質(zhì)的B-H關(guān)系曲線，虛線是 的曲線，試指出哪一條是表示順磁質(zhì)，哪一條表示抗磁質(zhì)，哪一條表示鐵磁質(zhì)？,11. 純凈單質(zhì)半導(dǎo)體中自由電子和空穴(載有正電荷)的數(shù)密度相同，稱為本征半導(dǎo)體。給本征半導(dǎo)體摻入適當(dāng)雜質(zhì)后，半導(dǎo)體便成為自由電子(或空穴)占優(yōu)勢的n型半導(dǎo)體(或p型半導(dǎo)體)。在n型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子，p型半導(dǎo)體中空穴為多數(shù)載流子。問為什么不用本征半導(dǎo)體而用雜質(zhì)半導(dǎo)體做霍爾元件？,N 型,P 型,霍爾電勢差,O,b,解：,（a)由對稱性知，等邊三角形電流產(chǎn)生的磁場在O點相互抵消，則,（四）基本能力訓(xùn)練題,1. 穩(wěn)恒電流在如圖所示的各電路中流過，設(shè)導(dǎo)線是均勻的，求圖中O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。,a,a,a,AC段：,AB, BC段:,I1,I2,(b)電流I流經(jīng)兩個相互垂直的半圓弧(半徑R)：,ADC半圓?。?CE半直線：,則O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度：,ABC半圓?。?I/2,I/2,O,將此無限長載流薄板看作由無數(shù)條無限長平行載流導(dǎo)線所組成。 坐標(biāo)為y處，寬為dy的載流直線中的電流強(qiáng)度為,其在P點的磁場強(qiáng)度,俯視圖：,dI,由對稱性：,r,解：,2.電流均勻流過寬為2a的無限長導(dǎo)體薄板，其電流強(qiáng)度為I。求通過板的中線并與板面垂直的平面上一點P的磁感應(yīng)強(qiáng)度.,若是一無限大載流平面，面電流密度為i,則平面兩側(cè)的磁場是均勻的，大小為：,4.半徑為R的圓形回路載有電流I，另一長直導(dǎo)AD中通有電流I，設(shè)AD通過圓心且與圓形回路共面。求長直導(dǎo)線對圓形回路的磁力。,解：,方向為沿x軸負(fù)向,5.將一電流均勻分布，面電流密度為 i 的無限大載流平面放入均勻磁場中。放入后平面兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1和B2，都與板面平行且垂直于電流。求載流平面上單位面積上所受的磁場力的大小和方向。,i,解：,無限大均勻載流平面在兩側(cè)產(chǎn)生均勻磁場，方向如圖：,設(shè)均勻外磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,取長寬分別為dy，dx的電流元，I=idx，dl=dy。,它在外加磁場中所受的安培力為：,載流平面每單位面積上所受的安培力為：,作業(yè)：P69. 7，12 所有講過的題要會！,3.解:用補(bǔ)償法,寫成矢量式:,I0,大圓柱電流在P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以由下式求出（安培環(huán)路定理）,小圓柱電流在P點,8.在通有電流 I0 的長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中,放一通有電流I的等腰直角三角形線圈,開始線圈與長直導(dǎo)線在同一平面內(nèi),線圈可繞其固定的CD邊自由轉(zhuǎn)動,如圖所示.求:,(1)當(dāng)線圈受到微小擾動時，線圈的運動情況如何？穩(wěn)定平衡位置在何處？,(2)線圈從初始位置轉(zhuǎn)到穩(wěn)定平衡位置時磁力矩作的功(設(shè)線圈在轉(zhuǎn)動過程中電流 I 不變).,解:(1)線圈受力情況如圖,穩(wěn)定平衡位置如圖.,(2)計算磁力矩做的功:根據(jù),線圈在初始位置的磁通量:,在穩(wěn)定平衡位置時的磁通:,磁通