大學(xué)物理恒定磁場(chǎng)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、大學(xué)物理助學(xué)大連理工大學(xué)物理系PHYH余 虹10/10/1DUT 余 虹第1頁(yè)第1頁(yè)第8章 恒定磁場(chǎng)10/10/2DUT 余 虹第2頁(yè)第2頁(yè)自然界各種基本力能夠互相轉(zhuǎn)化。終歸電是否以隱蔽方式對(duì)磁體有作用？17世紀(jì)，吉爾伯特、庫(kù)侖曾認(rèn)為：電與磁無關(guān)！1731年 英國(guó)商人 雷電后，刀叉帶磁性！1751年富蘭克林萊頓瓶放電后，縫衣針磁化了！18 奧斯忒8.1 磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁力與磁現(xiàn)象10/10/3DUT 余 虹第3頁(yè)第3頁(yè)電與磁奧斯忒184月丹麥物理學(xué)家奧斯特在哥本哈根大學(xué)作相關(guān)電和磁演講，接通電源時(shí)，他發(fā)覺放在邊上磁針輕輕抖動(dòng)了一下，他意識(shí)到這是盼望已久電流磁效應(yīng)。II187月21日，奧斯

2、忒以拉丁文報(bào)導(dǎo)了60次試驗(yàn)結(jié)果。10/10/4DUT 余 虹第4頁(yè)第4頁(yè) Q0靜止 Q0運(yùn)動(dòng) 靜止 運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)電荷除了在周圍產(chǎn)生電場(chǎng)外，尚有另一個(gè)場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷起作用磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場(chǎng)叫穩(wěn)恒磁場(chǎng)。Q0場(chǎng)源電荷受力10/10/5DUT 余 虹第5頁(yè)第5頁(yè) 靜止電荷靜止電荷靜止電荷之間作用力 電力運(yùn)動(dòng)電荷之間作用力 電力+ 磁力 運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷闡明1、磁場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)產(chǎn)生;3、磁場(chǎng)是物質(zhì)有能量、有質(zhì)量二、磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 電場(chǎng) 磁場(chǎng)傳遞磁互相作用2、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)有力作用;10/10/6DUT 余 虹第6頁(yè)第6頁(yè)洛侖茲力運(yùn)動(dòng)電荷在電磁場(chǎng)中受力磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)試驗(yàn)檢查空間一點(diǎn)磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度單位 T 或 Gs 1Gs =10 4 T磁場(chǎng)服從疊加原理q 沿此直線運(yùn)動(dòng)時(shí)10/10/7DUT 余 虹第7頁(yè)第7頁(yè)畢奧-薩伐爾定律真空磁導(dǎo)率疊加原理三、畢奧-薩伐爾定律II 10/10/8DUT 余 虹第8頁(yè)第8頁(yè)求：直線電流磁場(chǎng)分布。方向 -l L 則 1=0 2= l21例題IO方向：右手定則10/10/9DUT 余 虹第9頁(yè)第9頁(yè)求：圓電流軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度。例題xRxI10/10/10DUT 余 虹第10頁(yè)第10頁(yè)求：一段圓弧圓電流在其曲率中心處磁場(chǎng)。例題方向 解：RIabI dl10/10/11DUT 余 虹第11頁(yè)第11頁(yè)例題寬度為 a 無限長(zhǎng)金屬平板，均勻通電流I，將板細(xì)分

4、為許多無限長(zhǎng)直導(dǎo)線每根導(dǎo)線寬度為 d x 通電流解：建立坐標(biāo)系所有dB 方向都同樣： 求：圖中P點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度。Ix0 xPd10/10/12DUT 余 虹第12頁(yè)第12頁(yè)一、磁感應(yīng)線 磁通量2.與形成磁場(chǎng)電流相套連.磁感應(yīng)線特點(diǎn)1. 無頭無尾閉合曲線.單位 韋伯（W b）I8.2 磁場(chǎng)高斯定理10/10/13DUT 余 虹第13頁(yè)第13頁(yè)二、高斯定理 磁場(chǎng)是無源場(chǎng).磁感應(yīng)線是閉合曲線.求穿過旋轉(zhuǎn)曲面磁通量，能夠通過求穿過平面圓磁通量。為何？10/10/14DUT 余 虹第14頁(yè)第14頁(yè)正向穿過以L為邊界任意曲面電流代數(shù)和。I1I2I3L2L1磁場(chǎng) B 由所有電流奉獻(xiàn)！8.3 安培環(huán)路定理一、安

5、培環(huán)路定理10/10/15DUT 余 虹第15頁(yè)第15頁(yè)二、 安培環(huán)路定理應(yīng)用用來求解含有高度對(duì)稱磁場(chǎng)求：無限長(zhǎng)直線電流磁場(chǎng)解：對(duì)稱性分析磁感應(yīng)線是 躺在垂直平面上同心圓。例題IBL0rB選環(huán)路10/10/16DUT 余 虹第16頁(yè)第16頁(yè)求：無限長(zhǎng)圓柱面電流磁場(chǎng)例題ILRr解：對(duì)稱性分析磁感應(yīng)線是 躺在垂 直平面上同心圓。選環(huán)路10/10/17DUT 余 虹第17頁(yè)第17頁(yè) 與軸平行！例題求：均勻密繞無限長(zhǎng)直螺線管磁場(chǎng)（已知 n 、I）解：對(duì)稱性分析管內(nèi)垂軸平面上任意一點(diǎn) 垂直平面有限長(zhǎng)螺線管當(dāng) LR ，在中部也有此結(jié)果在端部 10/10/18DUT 余 虹第18頁(yè)第18頁(yè)例題求：均勻密繞螺

6、線環(huán)磁場(chǎng)（已知 中心半徑R，總匝數(shù)N，電流強(qiáng)度I）解：對(duì)稱性分析管內(nèi)任意一個(gè)垂軸平面都是對(duì)稱面磁感應(yīng)線是一組同心圓IRrrLR1R20 （其它）與環(huán)橫截面形狀無關(guān)。10/10/19DUT 余 虹第19頁(yè)第19頁(yè)一、在 均勻磁場(chǎng)勻速直線運(yùn)動(dòng)磁力提供向心力。 勻速率圓周運(yùn)動(dòng)R=常量軌跡？8.4 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期與速度無關(guān).10/10/20DUT 余 虹第20頁(yè)第20頁(yè)= 螺旋運(yùn)動(dòng)粒子束發(fā)散角不大、速度相近，v/ 幾乎相等。勻速率圓周運(yùn)動(dòng)+勻速直線運(yùn)動(dòng) h 螺 距半徑周期h磁聚焦10/10/21DUT 余 虹第21頁(yè)第21頁(yè)（3）地磁場(chǎng)內(nèi)范艾侖輻射帶二、 非均勻磁場(chǎng)（1）磁鏡（2）磁瓶I60

7、000km8OO km4000km用于高溫等離子磁約束（也是螺旋運(yùn)動(dòng)，R 、h 都在改變）10/10/22DUT 余 虹第22頁(yè)第22頁(yè)Ihb- - - - - - V垂直于 方向出現(xiàn)電勢(shì)差 霍耳效應(yīng) 霍耳電壓UH正效應(yīng)載流子是 空穴 P型半導(dǎo)體 IBUHUH負(fù)效應(yīng)載流子是電子 n型半導(dǎo)體 三、霍耳效應(yīng)10/10/23DUT 余 虹第23頁(yè)第23頁(yè)平衡時(shí)相 等I - - - - -b霍耳系數(shù)10/10/24DUT 余 虹第24頁(yè)第24頁(yè)理論曲線霍耳電阻 量子霍耳效應(yīng)B崔琦、施特默：更強(qiáng)磁場(chǎng)下 克里青：半導(dǎo)體在低溫強(qiáng)磁場(chǎng) m=1、2、3、 1985年 諾貝爾物理獎(jiǎng) 1998年 諾貝爾物理獎(jiǎng)試驗(yàn)曲

8、線10/10/25DUT 余 虹第25頁(yè)第25頁(yè)例題 質(zhì)譜儀測(cè)粒子荷質(zhì)比試驗(yàn)：加速電壓U，均勻磁場(chǎng)B，粒子垂直入射，進(jìn)口到膠片統(tǒng)計(jì)位置間距為D，計(jì)算粒子Q/m值。解：粒子進(jìn)質(zhì)譜儀時(shí)動(dòng)能進(jìn)磁場(chǎng)后做勻速率圓周運(yùn)動(dòng)， DRU10/10/26DUT 余 虹第26頁(yè)第26頁(yè) 8.5 載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力一、一段載流導(dǎo)線上力安培力1個(gè)電子N個(gè)電子受力I電流元12受力10/10/27DUT 余 虹第27頁(yè)第27頁(yè) 均勻磁場(chǎng)2、均勻磁場(chǎng)中閉合線圈 F = 0 長(zhǎng)度矢量闡明：1、3、若處處 （不一定均勻） F = 0I直導(dǎo)線任意導(dǎo)線I10/10/28DUT 余 虹第28頁(yè)第28頁(yè) 均勻磁場(chǎng)中放置二分之一徑為R半

9、圓形導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I，導(dǎo)線兩端連線與磁感強(qiáng)度方向夾角 = 30，求此段圓弧電流受磁力。例題長(zhǎng)度矢量解：方向 2R10/10/29DUT 余 虹第29頁(yè)第29頁(yè)二、平面剛性載流線圈上安培力矩 均勻磁場(chǎng)作用在始終線上l1l2abcdI俯視l1不作用在始終線上力矩方向：（俯視圖上）磁矩M=ISBM = 0 = 0 穩(wěn)定平衡； = 不穩(wěn)定平衡。力矩總力圖使線圈正向磁通量達(dá)到最大。10/10/30DUT 余 虹第30頁(yè)第30頁(yè)求：平行電流間單位長(zhǎng)度上互相作用力 方向方向 I1I2rB21B12 同流向，相吸引；逆流向，相排斥。例題 方向方向 10/10/31DUT 余 虹第31頁(yè)第31頁(yè)解：一小段電流元受力 磁鐵N 極正上方水平放二分之一徑為R載流導(dǎo)線環(huán)，沿環(huán)處 B 與垂直方向夾角為（如圖）例題由對(duì)稱性方向向上INR求： 導(dǎo)線環(huán)受磁力。10/10/32DUT 余 虹第32頁(yè)第32頁(yè)三、磁力功當(dāng) I 不隨時(shí)間改變正向磁通增長(zhǎng)