高二物理競賽磁場習題課件

第十章磁場§10-2恒定電流§10-4恒定磁場中帶電粒子的運動§10-5物質(zhì)的磁性本章內(nèi)容：本章重點：磁場和磁力的計算本章難點：矢量、積分、場概念§10-3恒定電流的磁場§10-4恒定磁場中帶電粒子的運動一磁場對帶電粒子的作用力二霍爾效應三載流導線在磁場中所受的力四磁場對載流線圈的力矩五磁力的功本節(jié)內(nèi)容：F=BIl載流導線在均勻磁場中運動時磁力所作的功載流導線AB在均勻磁場所受的磁力：lCDABIFA'B'五磁力的功設電流I保持不變，磁力的功：×·載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時磁力矩所作的功見P254例題10－23《拓展》P69－8磁場中介質(zhì)的磁化有磁介質(zhì)時磁場的安培環(huán)路定理本節(jié)內(nèi)容：§10-5物質(zhì)的磁性介質(zhì)對場有影響，總場順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)一磁場中介質(zhì)的磁化B0IIIIB1.磁介質(zhì)分類真空充入介質(zhì)發(fā)現(xiàn)：當介質(zhì)均勻充滿時：定義相對磁導率：分類B與B0無簡單關(guān)系每個分子等效一個圓電流2.磁介質(zhì)的磁化機理(半經(jīng)典)每個分子的固有磁矩核——自旋磁矩電子軌道磁矩自旋磁矩三者矢量和是原子核的自旋磁矩比電子的自旋磁矩小3個數(shù)量級，一般情況下可不予考慮。順磁質(zhì)：固有磁矩無外磁場時，分子熱運動導致磁矩無序排列,整體不顯磁性有外磁場B0時，在作用下，整體轉(zhuǎn)向順磁質(zhì)抗磁質(zhì)自旋角動量對應的磁矩軌道角動量對應的磁矩進動相當于(等效)圓電流。其附加磁矩總是與外磁場方向相反.軌道角動量繞磁場旋進.抗磁質(zhì)固有磁矩有外磁場B0時，－-e－-e感生磁矩3.磁化電流均勻磁化形成面電流,稱為安培表面電流或磁化面電流.4.磁化強度—單位體積內(nèi)分子固有磁矩與附加磁矩的矢量和.

以長直螺線管內(nèi)的各向同性磁介質(zhì)磁化為例可以證明5.磁化強度與磁化電流的關(guān)系磁介質(zhì)穩(wěn)恒磁場磁介質(zhì)磁化磁介質(zhì)表面產(chǎn)生磁化電流I磁介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生磁極化場二有磁介質(zhì)時磁場的安培環(huán)路定理考慮到介質(zhì)的磁化電流，安培環(huán)路定理應修改為:定義磁場強度:單位:A/m1.磁場強度2.介質(zhì)中磁場基本規(guī)律安培環(huán)路定理:3.三者的關(guān)系普遍情形：對于各向同性的磁介質(zhì)：在磁場中沿任一封閉路徑磁場強度H的環(huán)流等于該路徑所包圍的傳導電流的代數(shù)和。

兩根長直導線通有電流I，如圖所示有三個環(huán)路L1,L2,L3,試問環(huán)流A.B.C.0D.E.L1L2L3II#1a0603021a下列說法中正確的是：A.

若閉合曲線L內(nèi)沒有包圍傳導電流，則曲線L上各點的H必為零B.閉合曲線L上各點的H為零，則該曲線所包圍的傳導電流的代數(shù)和為零C.H僅與傳導電流有關(guān)D.對于抗磁質(zhì)，B與H不一定同向。#1a0603022a傳導電流分布對稱情況下求H磁介質(zhì)均勻情況下求B=μ0μrH4.磁介質(zhì)存在時安培環(huán)路定理的應用R1R2IIμ例半徑為R1的無限長圓柱導線均勻通有電流I,外面有半徑為R2的同軸圓柱面,通反向電流I,兩導體之間充滿磁導率為的磁介質(zhì),求磁場的分布。μr1L1解:分析磁場分布的對稱性：(1)在兩導體之間的磁介質(zhì)內(nèi)取回路L1,根據(jù)有介質(zhì)時的環(huán)路定理:

軸對稱。(2)在圓柱體內(nèi)取回路L2.根據(jù)有介質(zhì)時的環(huán)路定理:

在圓柱面外取回路L3.根據(jù)有介質(zhì)時的環(huán)路定理:

R1R2IIμμL2r2L3r3Br0磁場與介質(zhì)的相互作用(要掌握)B’由磁化面電流產(chǎn)生磁化強度1.磁場強度定義:2.介質(zhì)中磁場基本規(guī)律安培環(huán)路定理:3.對于各向同性的磁介質(zhì)：穩(wěn)恒磁場習題課穩(wěn)恒電流的磁場(靜磁場）高斯定律電流元畢--薩-拉定律整段電流的磁場安培環(huán)流定律應用舉例：

1、直線電流：有限長=>無限長

2、圓電流

3、載流直螺線管應用舉例：

1、均勻載流長直圓柱體（面）；2、載流直螺線管、螺繞環(huán)

3、無限大均勻載流平面B的通量B的環(huán)流與介質(zhì)相互作用磁場施力于1.運動電荷2.載流導線3.載流線圈磁力的功：洛侖茲力安培力霍爾效應：圓心處

=>無限長推廣:一段圓弧電流在圓心處的磁感應強度幾種常見電流的磁場分布規(guī)律=>半無限長有限長(1)直線電流的磁場I(2)圓形電流的磁場軸線上一點處：⑶載流直螺線管的磁場有限長：無限長：⑷均勻載流長直圓柱體的磁場(7)無限大均勻載流平面的磁場.dll...............PL12B內(nèi)=0(5)均勻載流長直圓柱面：(6)載流螺繞環(huán)：

單位長電流為i1.磁感應強度的定義：(1)大小:B=Fm/qv(2)方向:磁場的方向,即小磁針N極的指向2.畢奧—薩伐爾定律：3.磁場疊加原理：或基本概念和規(guī)律4.磁場中的高斯定理：5.安培環(huán)路定理6.幾種常見電流的磁場分布規(guī)律(1)直線電流的磁場有限長：無限長：(2)圓形電流的磁場軸線上一點處：圓心處：⑶載流直螺線管的磁場有限長：無限長：⑷均勻載流長直圓柱體的磁場(5)無限大均勻載流平面的磁場⑹運動電荷產(chǎn)生的磁場7.載流導線在磁場中所受的力——安培定律8.載流平面線圈在均勻磁場中所受的磁力矩其中：面電流密度9.運動電荷在外磁場中所受的磁力——洛侖茲力電磁場對運動電荷的作用力10.霍爾效應：11.磁力的功若I為常量12.磁場強度H的環(huán)路定理:在磁場中沿任一封閉路徑磁場強度H的環(huán)流等于該路徑所包圍的傳導電流的代數(shù)和。即13.在各向同性非鐵磁質(zhì)中同一點處，B與H的關(guān)系為課堂討論題3.在真空中無電流區(qū)域內(nèi)，設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為穩(wěn)恒電流I的一直線段,現(xiàn)以O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,試計算磁感應強度沿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: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？LIaboP有限長電流的磁場的環(huán)路積分不符合安培環(huán)路定理,說明安培環(huán)路定理的適用條件是穩(wěn)恒的閉合電流的磁場。9.不對！H由傳導電流和磁化（束縛）面電流共同產(chǎn)生。10.順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)分類0BHIIIIII鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)四.基本能力訓練題（一）填空題qR運動一周的時間：等效圓電流強度：等效圓電流的磁矩：－eDB2.1.R3.a2aBA、B、C受力F1、F2、F3F1：

F2：F3＝7：8：155.方向：方向：大小：大?。?.補充：氫原子中，電子繞核沿半徑為r的圓周運動，它等效于一圓形電流。設電子的質(zhì)量為me，電子電荷的絕對值為e。其等效圓電流的磁矩大小Pm與電子軌道運動的角動量大小L之比——er解：圓電流強度磁矩大小：角動量大?。喝绻饧右粋€磁感應強度為B的磁場，其磁感應線與軌道平面平行，磁力矩為——erB磁力矩:解：庫侖力提供圓周運動的向心力：9.補充將一個Pm的閉合回路移出均勻磁場B的范圍之外，外力必須做功——解：解:用補償法大圓柱電流在P點的磁感應強度可以有下式求出（安培環(huán)路定理）小圓柱電流在P點3.一長直導線具有半徑為R的圓截面,通有電流I0，在導體內(nèi)有一半徑為a的圓柱形孔,