【大學(xué)物理bjtu】磁習(xí)題課1

1、由受力由受力定義定義穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)( (靜磁場(chǎng)）靜磁場(chǎng)）B的通量的通量BsdBdm 高斯定律高斯定律0 sSdB的的磁磁場(chǎng)場(chǎng)電電流流元元lId畢畢-薩薩- 拉定律拉定律304rrlIduBd 電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng) BdBldB 的的環(huán)環(huán)流流B環(huán)流定律環(huán)流定律 iilIl dB0 與介質(zhì)相互作用與介質(zhì)相互作用MBH0 iiLIldH0應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：1.直線電流直線電流2.圓電流圓電流應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：1.載流長(zhǎng)直圓柱面載流長(zhǎng)直圓柱面,體體2.均勻載流大平面均勻載流大平面3.直螺線管直螺線管,螺繞環(huán)螺繞環(huán)磁場(chǎng)施磁場(chǎng)施力力于于1.運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷 Lorentz2.載流導(dǎo)線載流

2、導(dǎo)線 Ampere3.載流線圈載流線圈Bvqfm BlIdFd FdFsIdpdm BpdMmmIddA 功功*：nNISPm BBHr 0:均均勻勻介介質(zhì)質(zhì)霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)：dIBRnqdIBUUH 211.磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：(1)大小大小: : B = = Fm /qv(2)方向方向: : 磁場(chǎng)的方向磁場(chǎng)的方向, ,即小磁針即小磁針N 極的指向極的指向2.畢奧畢奧薩伐爾定律：薩伐爾定律：30d4drrlIB 3.磁場(chǎng)疊加原理：磁場(chǎng)疊加原理： iBB或或 LLrrlIBB30d4d 穩(wěn)恒磁場(chǎng)習(xí)題課穩(wěn)恒磁場(chǎng)習(xí)題課4.磁場(chǎng)中的高斯定理：磁場(chǎng)中的高斯定理：0d SSB5.安培環(huán)

3、路定理安培環(huán)路定理 iiLIlB0d 6.幾種常見電流的磁場(chǎng)分布規(guī)律幾種常見電流的磁場(chǎng)分布規(guī)律(1)直線電流的磁場(chǎng)直線電流的磁場(chǎng)有限長(zhǎng)：有限長(zhǎng)：)cos(cos4210 aIBaIB 20 無限長(zhǎng)：無限長(zhǎng)：(2)圓形電流的磁場(chǎng)圓形電流的磁場(chǎng)軸線上一點(diǎn)處：軸線上一點(diǎn)處： 2/322202xRIRB 圓心處：圓心處：RIB20 2/32202xRPm pxR0IBIRIR RIB220 BI載流直螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)載流直螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)有限長(zhǎng)：有限長(zhǎng)： 120coscos2 nIBnIB0 無限長(zhǎng)：無限長(zhǎng)：均勻載流長(zhǎng)直圓柱體的磁場(chǎng)均勻載流長(zhǎng)直圓柱體的磁場(chǎng)202 RIrB 內(nèi)內(nèi)rIB 20 外外 .

4、. . . . . . . . . . . . .II IBr0R(6)無限大均勻載流平面的磁場(chǎng)無限大均勻載流平面的磁場(chǎng)2oiB (5)螺繞環(huán)的磁場(chǎng)螺繞環(huán)的磁場(chǎng)rNIB 20 單位長(zhǎng)的電流為單位長(zhǎng)的電流為i平面兩側(cè)磁場(chǎng)均勻平面兩側(cè)磁場(chǎng)均勻,大小相等大小相等,方向相反方向相反BB7.載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力安培力安培力 LLBlIFFddBlIF dd8.載流平面線圈在均勻磁場(chǎng)中所受的磁力矩載流平面線圈在均勻磁場(chǎng)中所受的磁力矩nNISPm BPMm 其中：其中：9.運(yùn)動(dòng)電荷在外磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)電荷在外磁場(chǎng)中受力洛侖茲力洛侖茲力BvqF 電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力對(duì)運(yùn)動(dòng)電

5、荷的作用力BvqEqF 10.霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)：dIBRnqdIBUUH 21 12. .磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H的環(huán)路定理的環(huán)路定理: :在磁場(chǎng)中沿任一封在磁場(chǎng)中沿任一封閉路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度閉路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度H的環(huán)流等于該路徑所包圍的的環(huán)流等于該路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。即傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。即傳傳導(dǎo)導(dǎo) LIlHd13.在各向同性非鐵磁質(zhì)中同一點(diǎn)處，在各向同性非鐵磁質(zhì)中同一點(diǎn)處，B與與H的的關(guān)系為關(guān)系為 BBHr 0*11.磁力的功磁力的功 21d IA若若I為常量為常量 d21IIA 三三.基本概念與基本原理討論題基本概念與基本原理討論題1.磁力磁力的方向與的方向與磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向垂直垂直2.(1)二

6、電流元相互平行二電流元相互平行(2)二電流元相互平行且二電流元相互平行且垂直于他們中點(diǎn)的連線垂直于他們中點(diǎn)的連線5.(1)勻減速直線勻減速直線(2)間距越來越大間距越來越大的螺旋線的螺旋線(3)間距先變小后反向變大間距先變小后反向變大的螺旋線的螺旋線刪刪6，7，8題題3.在真空中在真空中無電流區(qū)域無電流區(qū)域內(nèi)，設(shè)有如圖所示的三內(nèi)，設(shè)有如圖所示的三種磁場(chǎng)，試根據(jù)穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的種磁場(chǎng)，試根據(jù)穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本定理基本定理判斷它們是否存在？判斷它們是否存在？1B2B1B2B1B2B做如圖所示的回路，考慮是否違背做如圖所示的回路，考慮是否違背安培環(huán)路安培環(huán)路定理定理。不存在不存在不存在不存在存

7、在存在4.ab為為穩(wěn)恒穩(wěn)恒電流電流I的一直線段，現(xiàn)以的一直線段，現(xiàn)以O(shè)為圓心，為圓心， OP為半徑，在垂直于電流的平面內(nèi)做一圓形為半徑，在垂直于電流的平面內(nèi)做一圓形回路回路L，試計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度沿，試計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度沿L回路的積分。回路的積分。 120sinsin4 RIB RRIlBL 2sinsin4d120 120sinsin2 ILIab12OP為什么這一結(jié)果與安培環(huán)路定理的為什么這一結(jié)果與安培環(huán)路定理的結(jié)論結(jié)論 iiLIlB0d 不一致？不一致？若若ab穿過回路穿過回路L的平面的平面，結(jié)果如何？，結(jié)果如何？ IldBL120sinsin2 9.有人根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度有人根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度H的安培環(huán)路

8、定理的安培環(huán)路定理 LIl dH傳導(dǎo)傳導(dǎo)認(rèn)為認(rèn)為H僅與傳導(dǎo)電流有關(guān)，你是否同意？?jī)H與傳導(dǎo)電流有關(guān)，你是否同意？ 試說明理由。試說明理由。MBH 0 答：否。答：否。H由空間所有電流由空間所有電流(傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流和和磁化面電流磁化面電流)共共同產(chǎn)生同產(chǎn)生.Ref:教材教材240頁頁OHB10.圖中實(shí)線是三種磁介質(zhì)的圖中實(shí)線是三種磁介質(zhì)的B-H曲線。其曲線。其中虛線是中虛線是 B= 0H曲線。指出三條線各是什曲線。指出三條線各是什么磁介質(zhì)。么磁介質(zhì)。分類分類：)( , 10BBBr )( , 10BBBr , 1 r 順順磁質(zhì)磁質(zhì)抗抗磁質(zhì)磁質(zhì)B與與B0無簡(jiǎn)單關(guān)系無簡(jiǎn)單關(guān)系鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵鐵抗抗順順

9、HBr 0 四四. .基本能力訓(xùn)練題基本能力訓(xùn)練題（一）填空題（一）填空題1.圓周軌道半徑圓周軌道半徑:運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間: :RmBq2vvTqI qBmRvvR2T Bvq+R2RBBSm Bqm222vmBq 22 ISPm Bmv22 ve-B RD2.求求 qBpqBmvR RDsin peBDarcsin 3.1I2I3IA B C LLBlIFFddA受力受力F1Ba2a)2(2320IIaB )2(232101IIaIF )(213202IIaIF )2(212303IIaIF RmBq2vv方向向上方向向上 4.如圖所示形狀的導(dǎo)線，通有電流如圖所示形狀的導(dǎo)線，通有電

10、流 I，放在，放在一與均勻磁場(chǎng)一與均勻磁場(chǎng)B垂直的平面上，則此導(dǎo)線受垂直的平面上，則此導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力的大小和方向分別為：到的磁場(chǎng)力的大小和方向分別為：OabIcdRll B)2(RlBIF IBR1R25. nISPm )(212122RRIPm PmBPMm )(212122RRIBM M 6.兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流 I，如圖所示有三個(gè)，如圖所示有三個(gè)環(huán)路環(huán)路L1,L2,L3,試問環(huán)流試問環(huán)流I2I0I02 L1L2L3 II(1) 1dLlB 2dLlB(2)0 3dLlB(3)3dLlH(4)7*.運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)。8. （補(bǔ)充）（補(bǔ)充）氫原子中，電子繞原

11、子核沿半徑氫原子中，電子繞原子核沿半徑為為r的圓周運(yùn)動(dòng)，它等效于一個(gè)圓形電的圓周運(yùn)動(dòng)，它等效于一個(gè)圓形電流流(設(shè)電子質(zhì)量為設(shè)電子質(zhì)量為me，電子電荷的絕對(duì)值為，電子電荷的絕對(duì)值為e) . 其其等效圓電流等效圓電流的磁矩大小的磁矩大小pm與電子軌道運(yùn)與電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量大小動(dòng)的角動(dòng)量大小L之比之比_. 如果外加一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為如果外加一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，其磁的磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)線與軌道平面平行，那么這個(gè)圓電流所感應(yīng)線與軌道平面平行，那么這個(gè)圓電流所受的受的磁力矩磁力矩的大小的大小M =emrBe024 meLPm2 rTeI 解：圓電流：解：圓電流：rmvL evvre 2 磁力矩：磁力矩：

12、emmeLp2 2rIpm erv21 BBPMm PmervBM21 rmvre22024 圓運(yùn)動(dòng)的圓運(yùn)動(dòng)的向心力向心力為為庫侖力：庫侖力：rmeve012 emmrBeBPM024 9.(補(bǔ)充補(bǔ)充)將一個(gè)磁矩為將一個(gè)磁矩為 的閉合回路移出均的閉合回路移出均勻磁場(chǎng)勻磁場(chǎng) 的范圍之外的范圍之外, ,外力必須做功外力必須做功_?_?BImPI IdIAm21SB 0 IA外外SBI mPB 兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流I，對(duì)環(huán)路，對(duì)環(huán)路L有有 說明：說明：0d LlBA. 回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為0 B. 回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)一定不為回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)一定不為0C. D.312

13、III L1I2I3I#1a0601010a0321 IIIRIB220 直直線線RIB220 圓圓圈圈 )R(dIB 210圓圓管管 BD221RIPm BPMm IBRM221 M DD一永磁體磁力線如圖所示，一通電導(dǎo)線垂直紙面穿一永磁體磁力線如圖所示，一通電導(dǎo)線垂直紙面穿過過P點(diǎn)，電流由里向外，問該導(dǎo)體所受磁力方向：點(diǎn)，電流由里向外，問該導(dǎo)體所受磁力方向：A. B. C. D. E. 所受磁力為零所受磁力為零F. 以上都不對(duì)以上都不對(duì)INSP#1a0602016a aBIoabcaIB2aIB2/aIBA.B.C.D. 無法計(jì)算無法計(jì)算E. 以上都不對(duì)以上都不對(duì)如圖所示，在真空中有一半徑

14、為如圖所示，在真空中有一半徑為a的的3/4圓弧形的導(dǎo)圓弧形的導(dǎo)線，其中通以穩(wěn)定電流線，其中通以穩(wěn)定電流I，導(dǎo)線置于均勻外磁場(chǎng)中，導(dǎo)線置于均勻外磁場(chǎng)中，且與導(dǎo)線所在平面垂直且與導(dǎo)線所在平面垂直.則該載流導(dǎo)線所受的磁力大則該載流導(dǎo)線所受的磁力大小為：小為：#1a0602017b如圖所示，矩形載流線框受載流長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)的作如圖所示，矩形載流線框受載流長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)的作用，將用，將A. 向左運(yùn)動(dòng)向左運(yùn)動(dòng)B. 向右運(yùn)動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)C. 向上運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)D. 向下運(yùn)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)I1I2#1a0602018a如圖所示，一無限長(zhǎng)薄金屬板，寬為如圖所示，一無限長(zhǎng)薄金屬板，寬為a，均勻通有電流，均勻通有電流I1。其旁有一

15、矩形線圈，通有電流其旁有一矩形線圈，通有電流I2。線圈與金屬板在同一。線圈與金屬板在同一平面內(nèi)，且矩形線圈平面內(nèi)，且矩形線圈MN和和PQ邊平行于金屬板，試比較邊平行于金屬板，試比較電流電流I1所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)矩形線圈四個(gè)邊的作用力的大?。核a(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)矩形線圈四個(gè)邊的作用力的大?。簂2I1Ia b c N Q M PA. ，B. ，C. ，D. ，E. ，PQMNFF NQMPFF PQMNFF NQMPFF PQMNFF NQMPFF NQMPFF PQMNFF NQMPFF PQMNFF #1a0602019a鍺常用于制作霍爾元件。如圖，在一塊鍺板兩端施鍺常用于制作霍爾元件。如圖，在一塊鍺板

16、兩端施加電壓，鍺板內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)形成電流，然后將鍺板加電壓，鍺板內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)形成電流，然后將鍺板置于一磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)方向由你確定，問：若想使鍺置于一磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)方向由你確定，問：若想使鍺板面向你的一面帶正電，背對(duì)你的一面帶負(fù)電，你板面向你的一面帶正電，背對(duì)你的一面帶負(fù)電，你該如何確定磁場(chǎng)方向？該如何確定磁場(chǎng)方向？A. 由紙面向里由紙面向里B. 由紙面向外由紙面向外C. 在紙面上又左向右在紙面上又左向右D. 在紙面上由右向左在紙面上由右向左E. 在紙面上由下向上在紙面上由下向上F. 在紙面上由上向下在紙面上由上向下#1a0601015a如圖所示，如圖所示， 如圖所示，一塊長(zhǎng)方形半導(dǎo)體樣品的厚如圖所示

17、，一塊長(zhǎng)方形半導(dǎo)體樣品的厚度、寬度和長(zhǎng)度分別為度、寬度和長(zhǎng)度分別為 a，b，c，沿沿x軸的正向流有軸的正向流有電流電流 I，在，在 z 軸方向加有均勻磁場(chǎng)軸方向加有均勻磁場(chǎng)B。這時(shí)實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)。這時(shí)實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)體片兩側(cè)的電勢(shì)體片兩側(cè)的電勢(shì)差差 UAA 0，這半導(dǎo)體是，這半導(dǎo)體是A. 正電荷導(dǎo)電（正電荷導(dǎo)電（P型）型）B. 負(fù)電荷導(dǎo)電（負(fù)電荷導(dǎo)電（N型）型）C. 以上都不對(duì)以上都不對(duì) IA Aczyba Bx#1a0601015b考慮電流的產(chǎn)生：考慮電流的產(chǎn)生：iABE僅有僅有靜電力靜電力，不能形成，不能形成穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流還需還需非靜電力非靜電力.1.電源的電源的工作原理工作原理10-2-2 電源的電動(dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)提供提供非靜電力非靜電力的裝置稱的裝置稱為為電源電源. R+-L-AB電源電源內(nèi)電路內(nèi)電路外電路外電路 +ES電源的電源的工作過程工作過程電源電源 內(nèi)內(nèi)方向方向AB+-+FF電荷電荷受受靜電力靜電力Fe和和非靜電力非靜電力Fi的共同作用。的共同作用。+QA QBFeFi開始開始：正電荷在：正電荷在Fi作用下向作用下向A運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，靜電力上升。靜電力上升。最終：最終： Fi =Fe， 維持一定維持一定 的的UAB=U （開路電壓）（開路電壓）內(nèi)電路內(nèi)電路：接外電路接外電路：外部：外部：電荷向電荷向B運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),靜電力下降靜電力下降。內(nèi)部