大學(xué)物理穩(wěn)恒磁場(chǎng)

大學(xué)物理穩(wěn)恒磁場(chǎng)第1頁(yè)/共97頁(yè)本次課作業(yè)：1.預(yù)習(xí)§14.32.思考題14.1-14.43.習(xí)題14.1,14.2,14.3,14.4第2頁(yè)/共97頁(yè)1.電流電流—電荷的定向運(yùn)動(dòng)。載流子—電子、質(zhì)子、離子、空穴。2.電流強(qiáng)度單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電量。方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向單位：安培(A)電流、電流密度矢量第3頁(yè)/共97頁(yè)幾種典型的電流分布粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體粗細(xì)不均勻的金屬導(dǎo)線半球形接地電極附近的電流電阻法勘探礦藏時(shí)的電流同軸電纜中的漏電流第4頁(yè)/共97頁(yè)電流強(qiáng)度對(duì)電流的描述比較粗糙：如對(duì)橫截面不等的導(dǎo)體，I

不能反映不同截面處及同一截面不同位置處電流流動(dòng)的情況。引入電流密度矢量—描寫(xiě)空間各點(diǎn)電流大小和方向的物理量。第5頁(yè)/共97頁(yè)某點(diǎn)的電流密度方向：該點(diǎn)正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向。大?。和ㄟ^(guò)垂直于該點(diǎn)正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積上的電流強(qiáng)度。導(dǎo)體內(nèi)每一點(diǎn)都有自己的

，

=(x,y,z)即導(dǎo)體內(nèi)存在一個(gè)場(chǎng)—

稱電流場(chǎng)。電流線：類似電力線，在電流場(chǎng)中可畫(huà)電流線。

3.電流密度(Currentdensity)第6頁(yè)/共97頁(yè)4.電流密度和電流強(qiáng)度的關(guān)系（1）通過(guò)面元dS的電流強(qiáng)度dI=

dS=

dScos（2）通過(guò)電流場(chǎng)中任一面積S的電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度是通過(guò)某一面積的電流密度的通量

第7頁(yè)/共97頁(yè)由電荷守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)由S流出的凈電量應(yīng)等于S內(nèi)電量的減少

電流連續(xù)性方程

電荷的運(yùn)動(dòng)可形成電流，也可引起空間電荷分布的變化

在電流場(chǎng)內(nèi)取一閉合面S，當(dāng)有電荷從S面流入和流出時(shí)，則S面內(nèi)的電荷相應(yīng)發(fā)生變化。

恒定（穩(wěn)恒）電流條件

第8頁(yè)/共97頁(yè)5.歐姆定律的微分形式

在導(dǎo)體的電流場(chǎng)中設(shè)想取出一小圓柱體(長(zhǎng)dl、橫截面dS)dU—小柱體兩端的電壓dI

—小柱體中的電流強(qiáng)度

由歐姆定律

dU=dIR

Edl=

dS(dl/dS)

=(1/)E

=E

電導(dǎo)率：

=1/導(dǎo)體中任一點(diǎn)電流密度的方向(正電荷運(yùn)動(dòng)方向)和該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同，有歐姆定律的微分形式

dIdSdldU第9頁(yè)/共97頁(yè)I1I2I1I2NSN運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷NSI§1磁場(chǎng)磁場(chǎng)的高斯定理一、磁場(chǎng)第10頁(yè)/共97頁(yè)q規(guī)定.二、磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量第11頁(yè)/共97頁(yè)單位(SI).特斯拉1特斯拉=1牛頓·秒/庫(kù)侖·米第12頁(yè)/共97頁(yè)特點(diǎn):有方向的封閉曲線.三、磁感應(yīng)線第13頁(yè)/共97頁(yè)dS四、磁通量第14頁(yè)/共97頁(yè)五、磁場(chǎng)中的高斯定理第15頁(yè)/共97頁(yè)然而迄今為止，人們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以確定磁單極子存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

和電場(chǎng)的高斯定理相比，可知磁通量反映自然界中沒(méi)有與電荷相對(duì)應(yīng)的“磁荷”（或叫單獨(dú)的磁極）存在。但是狄拉克1931年在理論上指出，允許有磁單極子的存在，提出：式中q

是電荷、qm

是磁荷。電荷量子化已被實(shí)驗(yàn)證明了。如果實(shí)驗(yàn)上找到了磁單極子，那么磁場(chǎng)的高斯定理以至整個(gè)電磁理論都將作重大修改。運(yùn)動(dòng)電荷是磁現(xiàn)象的根源第16頁(yè)/共97頁(yè)電和磁有許多相似之處：帶電體周圍有電場(chǎng)，磁體周圍有磁場(chǎng)；同種電荷相斥，異種電荷相吸，同名磁極也相推，異名磁極也相吸；變化的電場(chǎng)能激發(fā)磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也能激發(fā)生電場(chǎng)……似乎電和磁是一對(duì)對(duì)稱而和諧的“佳偶”。電和磁一個(gè)最大的不同點(diǎn)：正、負(fù)電荷可以單獨(dú)存在；而磁體的兩極總是成對(duì)出現(xiàn)，無(wú)論磁針被分割成多少部分，無(wú)論把它分割得多么小，每一部分總是兩極對(duì)立，共存共亡。電與磁的不對(duì)稱磁和電的不對(duì)稱性在宇宙中也有所反映，不可勝數(shù)的天體以及遼闊無(wú)垠的星際空間都具有磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)天體的起源、結(jié)構(gòu)和演化部有著舉足輕重的影響；可是電場(chǎng)在宇宙空間幾乎無(wú)聲無(wú)息，對(duì)豐富多采的天文學(xué)似乎毫無(wú)建樹(shù)。第17頁(yè)/共97頁(yè)狄拉克的神來(lái)之筆1931年，剛剛對(duì)“反電子”的存在做出預(yù)言的英國(guó)物理學(xué)家狄拉克前所未有地把磁單極子作為一種新粒子提出來(lái)，不僅使麥克斯韋方程具有完全對(duì)稱的形式，而且根據(jù)磁單極子的存在，電荷的量子化現(xiàn)象也可以得到解釋。楊振寧于1983年5月在北京所作的一次學(xué)術(shù)報(bào)告中才盛贊狄拉克的磁單極子假設(shè)，是“神來(lái)之筆”。

著名的美籍意大利物理學(xué)家費(fèi)米也曾經(jīng)從理論上考察過(guò)磁單極子，一直認(rèn)為“它的存在是可能的”。后來(lái)的一些物理學(xué)家則彌補(bǔ)了狄拉克理論中的一些困難和不足，給磁單極子的存在以更堅(jiān)實(shí)的理論根據(jù)?；敬藕蒰0比基本電荷e大得多，這意味著異性磁荷之間的吸引力，比起異性電荷之間的吸引力要強(qiáng)得多，必須在很強(qiáng)的外力作用下才能把成對(duì)的相反磁荷分開(kāi)。第18頁(yè)/共97頁(yè)踏破鐵鞋無(wú)覓處在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，可以利用高能加速器來(lái)加速核子用來(lái)沖擊原子核，使原來(lái)緊密結(jié)合的正負(fù)磁單極子分離，然后用核乳膠記錄它們。這樣的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做了很多次，得到的都是否定的結(jié)果。加速器實(shí)驗(yàn)的否定結(jié)果，也許是因?yàn)榧铀倨鞯哪芰坎粔蚋?。為什么不利用能量更大的天然的宇宙射線呢？于是，科學(xué)家走出實(shí)驗(yàn)室，到大自然中去尋找磁單極子。首先檢驗(yàn)了露出地面的鐵礦石和鐵隕石碎片。這些具有磁性的物體，會(huì)像吸鐵石一樣，吸收從宇宙深處飛來(lái)的磁單極子。然而，一無(wú)所獲。類似的實(shí)驗(yàn)在海底、礦山、深海沉積物和地球大氣等，都有人做了多次，都是以失望告終。月球上既沒(méi)有大氣，磁場(chǎng)又極微弱，應(yīng)該是尋找磁單極子的好場(chǎng)所。1973年科學(xué)家對(duì)“阿波羅”飛船運(yùn)回的月巖進(jìn)行了檢測(cè)，而且使用了極靈敏的儀器即使在月巖中有一個(gè)基本磁荷大小的磁單極子也可以檢測(cè)出來(lái)。但出人意料的是，竟沒(méi)有測(cè)出任何磁單極子。第19頁(yè)/共97頁(yè)火花一閃難定論在對(duì)磁單極子進(jìn)行尋找的過(guò)程中，人們“收獲”到的總是一次又一次地失望。不過(guò)也曾不時(shí)地閃現(xiàn)過(guò)一兩次美妙的希望曙光。一些物理學(xué)家認(rèn)為磁單極子對(duì)周圍物質(zhì)有很強(qiáng)的吸引力，所以它們?cè)诟泄獾装迳蠒?huì)留下又粗又黑的痕跡。1975年，美國(guó)的一個(gè)科研小組，用氣球?qū)⒏泄獾装逅偷娇諝鈽O其稀薄的高空，經(jīng)過(guò)幾晝夜宇宙射線的照射，發(fā)現(xiàn)感光底板上真的有又粗又黑的痕跡，他們聲稱，找到了磁單極子。但是，對(duì)于那是否真的是磁單極子留下的痕跡，爭(zhēng)論很大，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為那些痕跡很明顯是重離子留下的。到目前為止，這些痕跡到底是誰(shuí)留下的，還是樁“懸案”。1982年，美國(guó)物理學(xué)家凱布雷拉宣布，在他的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)磁單極子。實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)與磁單極子理論所提出的磁場(chǎng)單極子產(chǎn)生的條件基本吻合。不過(guò)由于以后沒(méi)有重復(fù)觀察到類似于那次實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象，所以這一事例還不能確證磁單極子的存在。第20頁(yè)/共97頁(yè)結(jié)論尚需費(fèi)工夫理論上雖然證明了磁單極子的存在，但目前既又贊成的，也有反對(duì)者。贊成這一理論的，不乏非常杰出的物理學(xué)家。他們認(rèn)為，磁單極子是存在的，但它們成對(duì)結(jié)合得太緊密了，現(xiàn)在所有的高能質(zhì)點(diǎn)尚不能把它們轟開(kāi)。存在持否定態(tài)度的也大有人在，并且能提出這樣或那樣的理由加以論證。其中特別應(yīng)該指出的是到了晚年的狄拉克本人，也不完全相信磁單極子真的存在?？紤]到它對(duì)物理學(xué)所產(chǎn)生的巨大影響，完全值得不遺余力地去尋找。目前，尋找磁單極子的實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行中，如果磁單極子確實(shí)存在，不僅現(xiàn)有的電磁理論要作重大修改，而且物理學(xué)乃至天文學(xué)的基礎(chǔ)理論也將又重大的發(fā)展。第21頁(yè)/共97頁(yè)1.電流元I2.畢奧—薩伐爾定律—真空中的磁導(dǎo)率§2畢奧—

薩伐爾定律第22頁(yè)/共97頁(yè)一段載有穩(wěn)恒電流的導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為IP第23頁(yè)/共97頁(yè)aPIo3.畢奧—薩伐爾定律的應(yīng)用例1

求直線電流的磁場(chǎng).(I,L)l解:第24頁(yè)/共97頁(yè)l=rcos()=rcosa=rsin()=rsinl=actgr=acscdl=acsc2daPIol第25頁(yè)/共97頁(yè)B第26頁(yè)/共97頁(yè)1.當(dāng)L時(shí),2.半無(wú)限長(zhǎng),3.在電流延長(zhǎng)線上,B=0討論第27頁(yè)/共97頁(yè)例2

求圓電流軸線上磁場(chǎng)的分布.(R,I)解:

poxxRIAB第28頁(yè)/共97頁(yè)

poxxRIAB第29頁(yè)/共97頁(yè)方向:沿軸線向右.B第30頁(yè)/共97頁(yè)1.在園心處,x=0.2.若,x>>R.討論第31頁(yè)/共97頁(yè)求o處的。oCAI1IaI2bo課堂練習(xí)第32頁(yè)/共97頁(yè)例3

均勻帶電細(xì)導(dǎo)線AB,長(zhǎng)為b,電荷線密度為.繞o軸以作勻角速轉(zhuǎn)動(dòng).假設(shè)A,o

距離保持a不變.解:方向:由右手螺旋法則確定.oBba求o點(diǎn)處的磁場(chǎng)rdrA第33頁(yè)/共97頁(yè)例4

求載流螺線管軸線上的磁場(chǎng).(L,R,n)PLRrxxdx解:

寬為dx的園電流dI=nIdx,在P處產(chǎn)生的磁場(chǎng)第34頁(yè)/共97頁(yè)P(yáng)LRrxxdx第35頁(yè)/共97頁(yè)第36頁(yè)/共97頁(yè)L,

若在長(zhǎng)螺線管的端口處討論第37頁(yè)/共97頁(yè)本次課作業(yè)：1.預(yù)習(xí)§14.5,§14.62.思考題14.5-14.73.習(xí)題14.5,14.7,14.8,14.9,14.10,14.11作業(yè)提交日期：10月12日第38頁(yè)/共97頁(yè)靜電場(chǎng)：高斯定理：環(huán)路定理：靜電場(chǎng)的電力線發(fā)自正電荷止于負(fù)電荷，有頭有尾，不閉合。

在恒定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度

B

矢量沿任一閉合路徑L的線積分（即環(huán)路積分）,等于什么?磁場(chǎng)的高斯定理§3安培環(huán)路定理第39頁(yè)/共97頁(yè)1.

長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)1.1環(huán)路包圍電流在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任作的環(huán)路上取一點(diǎn)P，到電流的距離為r，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小：在環(huán)路上取dl,由幾何關(guān)系得：第40頁(yè)/共97頁(yè)如果閉合曲線不在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)：

則可將L上每一線元分解為在垂直于直導(dǎo)線平面內(nèi)的分矢量和與垂直于此平面的分矢量，結(jié)果一樣！IL第41頁(yè)/共97頁(yè)

如果沿同一路徑但改變繞行方向積分：

表明：磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的環(huán)流與閉合曲線的形狀無(wú)關(guān)，它只和閉合曲線內(nèi)所包圍的電流有關(guān)。結(jié)果為負(fù)值！第42頁(yè)/共97頁(yè)

表明：閉合曲線不包圍電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的環(huán)流為零。1.2

環(huán)路不包圍電流結(jié)果為零！第43頁(yè)/共97頁(yè)I1I2I3L表述在穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合回路L的線積分，等于穿過(guò)這回路的所有電流強(qiáng)度代數(shù)和的0倍第44頁(yè)/共97頁(yè)說(shuō)明:閉合穩(wěn)恒電流第45頁(yè)/共97頁(yè)(1)分析磁場(chǎng)的對(duì)稱性；(3)求出環(huán)路積分；(4)用右手螺旋定則確定所選定的回路包圍電流的正負(fù)，最后由磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。應(yīng)用安培環(huán)路定理的解題步驟：(2)過(guò)場(chǎng)點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)穆窂?，使得沿此環(huán)路的積分易于計(jì)算：的量值恒定，與的夾角處處相等；二、安培環(huán)路定理的應(yīng)用第46頁(yè)/共97頁(yè)例5

求無(wú)限長(zhǎng)同軸電纜的磁場(chǎng).LrR1R2R3II解:

0<r<R1時(shí),第47頁(yè)/共97頁(yè)R1<r<R2時(shí),LrR1R2R3II第48頁(yè)/共97頁(yè)R2<r<R3時(shí),LrR1R2R3IIr>R3時(shí),B=0第49頁(yè)/共97頁(yè)例6螺繞環(huán)的磁場(chǎng)解:

管內(nèi)一點(diǎn)管外一點(diǎn)

B=0第50頁(yè)/共97頁(yè)dlldl'例7

無(wú)限大平面電流的磁場(chǎng)(面電流密度i)解:

i

第51頁(yè)/共97頁(yè)d板外:板內(nèi):lydxoy無(wú)限大均勻載流平板的磁場(chǎng)(,d)第52頁(yè)/共97頁(yè)課堂練習(xí)1.有一無(wú)限長(zhǎng)通電流的扁平銅片，寬度為a，厚度不計(jì)，電流I在銅片上均勻分布，求在銅片外與銅片共面，離銅片右邊緣為b處的P點(diǎn)(如圖)的磁感強(qiáng)度的大小為。2.一彎曲的載流導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，形狀如圖(O點(diǎn)是半徑為R1和R2的兩個(gè)半圓弧的共同圓心，電流自無(wú)窮遠(yuǎn)來(lái)到無(wú)窮遠(yuǎn)去)，求O點(diǎn)磁感強(qiáng)度的大小。第53頁(yè)/共97頁(yè)本次課作業(yè)：1.預(yù)習(xí)15章2.思考題14.8，14.103.習(xí)題14.12,14.14,14.18,14.19,14.20,14.22第54頁(yè)/共97頁(yè)整個(gè)載流導(dǎo)線所受的安培力一、磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力—安培力§3磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力第55頁(yè)/共97頁(yè)1.均勻磁場(chǎng)中，計(jì)算載流導(dǎo)線所受的安培力。例8.如圖所示，求導(dǎo)線所受的安培力。doIxyllR第56頁(yè)/共97頁(yè)解：xdoIyllR第57頁(yè)/共97頁(yè)第58頁(yè)/共97頁(yè)導(dǎo)線上所受安培力的合力第59頁(yè)/共97頁(yè)2.非均勻磁場(chǎng)中，載流導(dǎo)線受力情況。例9.求正三角形線圈受電流I，所產(chǎn)生磁場(chǎng)的安培力的合力。解：CD邊受力I2FCDabI1第60頁(yè)/共97頁(yè)DF邊方向：與水平方向成60°I2FCDabI1xdxx+dx第61頁(yè)/共97頁(yè)FC邊方向：與水平方向成240°整個(gè)線框所受的合力：第62頁(yè)/共97頁(yè)I0oIxR例10.求整個(gè)圓形電流受直線電流的作用力的大小和方向。解：x第63頁(yè)/共97頁(yè)2.均勻磁場(chǎng)對(duì)平面載流線圈的作用。定義磁矩bcdal2l1I磁力矩第64頁(yè)/共97頁(yè)例11.證明轉(zhuǎn)動(dòng)帶電園盤(pán)的磁矩(R,Q)rdro解：第65頁(yè)/共97頁(yè)討論：（1）=/2，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互平行，力矩最大，這一力矩有使減小的趨勢(shì)。（2）=0，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，力矩為零，線圈處于平衡狀態(tài)。（3）=，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互垂直，力矩為零，但為不穩(wěn)定平衡，與反向，微小擾動(dòng)，磁場(chǎng)的力矩使線圈轉(zhuǎn)向穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

綜上所述，任意形狀不變的平面載流線圈作為整體在均勻外磁場(chǎng)中，受到的合力為零，合力矩使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。第66頁(yè)/共97頁(yè)磁電式電流計(jì)磁電動(dòng)圈式電流計(jì)第67頁(yè)/共97頁(yè)當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈所受的磁力矩的大小不變（1）當(dāng)電流計(jì)中通過(guò)恒定電流時(shí)

為游絲的扭轉(zhuǎn)常量，對(duì)于一定的游絲來(lái)說(shuō)是常量。

當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，游絲被卷緊，游絲給線圈的扭轉(zhuǎn)力矩與線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比，即：第68頁(yè)/共97頁(yè)

當(dāng)線圈受到的磁力矩和游絲給線圈的扭轉(zhuǎn)力矩相互平衡時(shí)，線圈就穩(wěn)定在這個(gè)位置，此時(shí)：式中，是恒量，稱為電流計(jì)常量，它表示電流機(jī)偏轉(zhuǎn)單位角度時(shí)所需通過(guò)的電流。

磁電式電流計(jì)的工作原理：值越小，電流計(jì)越靈敏。因此，線圈偏轉(zhuǎn)的角度與通過(guò)線圈的電流成正比關(guān)系，這樣即可從指針?biāo)傅奈恢脕?lái)測(cè)量電流。第69頁(yè)/共97頁(yè)（2）在電流計(jì)中通以一個(gè)短促的電流脈沖時(shí)

在通電的極短時(shí)間內(nèi)，電流計(jì)的線圈將受到一個(gè)沖量矩的作用:按角動(dòng)量原理，應(yīng)有：

是線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第70頁(yè)/共97頁(yè)線圈在最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)的彈性勢(shì)能等于線圈起動(dòng)時(shí)的初動(dòng)能:

為懸絲的扭轉(zhuǎn)常量將（1）（2）（3）三式合并得到：

沖擊電流計(jì)的工作原理:從線圈的最大偏轉(zhuǎn)角可以測(cè)定電流脈沖通過(guò)時(shí)(例如電容器放電時(shí))的電荷量。第71頁(yè)/共97頁(yè)線圈在最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)的彈性勢(shì)能等于線圈起動(dòng)時(shí)的初動(dòng)能:

為懸絲的扭轉(zhuǎn)常量將（1）（2）（3）三式合并得到：

沖擊電流計(jì)的工作原理:從線圈的最大偏轉(zhuǎn)角可以測(cè)定電流脈沖通過(guò)時(shí)(例如電容器放電時(shí))的電荷量。第72頁(yè)/共97頁(yè)1991年2月14日除夕夜20時(shí)57分，“風(fēng)云一號(hào)”進(jìn)入我國(guó)上空時(shí)，發(fā)回的云圖突然出現(xiàn)扭曲、傾斜、甚至雜亂一團(tuán)。22時(shí)35分，衛(wèi)星再次入境，科研人員從遙測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，“風(fēng)云一號(hào)”姿態(tài)已失控，星上計(jì)算機(jī)原先存入的數(shù)據(jù)大多發(fā)生跳變，用于衛(wèi)星姿態(tài)控制的陀螺和噴氣口均已被接通，氣瓶中保存的氮?dú)鈸p耗殆盡。更為嚴(yán)重的是，到了2月15日凌晨7時(shí)40分衛(wèi)星重新入境時(shí)，發(fā)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)翻滾狀態(tài)下，衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣只有部分時(shí)間對(duì)著太陽(yáng)，如果衛(wèi)星的電源供應(yīng)再失去，那“風(fēng)云一號(hào)”就真成“死星”了。CCTV10:科學(xué)、探索第73頁(yè)/共97頁(yè)十萬(wàn)火急?；睾托l(wèi)星研制部門果斷決策，立即起動(dòng)星上大飛輪。起動(dòng)大飛輪，實(shí)際上是把原作它用的大飛輪當(dāng)作一個(gè)大陀螺，使衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣能穩(wěn)定保持向陽(yáng)面，從而保證衛(wèi)星的電源供應(yīng)，為搶救“風(fēng)云一號(hào)”創(chuàng)造最基本的條件。經(jīng)過(guò)緊急磋商，科技人員決定利用地球巨大的磁場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星通電線圈的磁力矩作用，來(lái)減緩衛(wèi)星的翻滾速度，逐步把衛(wèi)星調(diào)整到正常姿態(tài)。該方案實(shí)施后第一天，衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)速度就出現(xiàn)下降。4月29日，“風(fēng)云一號(hào)”翻滾速度降至每分鐘旋轉(zhuǎn)一圈。計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型仿真試驗(yàn)表明，這時(shí)已可以進(jìn)入衛(wèi)星“重新捕獲地球”了。5月2日，中心通過(guò)遙控指令打開(kāi)了星上所有儀器系統(tǒng)，國(guó)家氣象中心立刻重新收到了清晰如初的云圖。在連續(xù)78天里，他們每天工作十三四個(gè)小時(shí)，共對(duì)衛(wèi)星發(fā)出指令7000余條，跟蹤559圈，終于使衛(wèi)星起死回生，創(chuàng)造了世界航天史上罕見(jiàn)的奇跡(航天部嘉獎(jiǎng)令)。第74頁(yè)/共97頁(yè)3.

電流單位“安培”的定義計(jì)算CD受到的力，在CD上取一電流元：

同理可以證明載流導(dǎo)線AB單位長(zhǎng)度所受的力的大小也等于，方向指向?qū)Ь€CD。式中為I2dl2與B12

間的夾角第75頁(yè)/共97頁(yè)

表明：兩個(gè)同方向的平行載流直導(dǎo)線，通過(guò)磁場(chǎng)的作用，將相互吸引。反之，兩個(gè)反向的平行載流直導(dǎo)線，通過(guò)磁場(chǎng)的作用，將相互排斥，而每一段導(dǎo)線單位長(zhǎng)度所受的斥力的大小與這兩電流同方向的引力相等。

“安培”的定義：真空中相距1m的二無(wú)限長(zhǎng)而圓截面極小的平行直導(dǎo)線中載有相等的電流時(shí)，若在每米長(zhǎng)度導(dǎo)線上的相互作用力正好等于

210-7N

，則導(dǎo)線中的電流定義為1A。第76頁(yè)/共97頁(yè)1.平動(dòng)的情形l2.轉(zhuǎn)動(dòng)的情形dA三、磁力的功第77頁(yè)/共97頁(yè)例12.如圖所示，求：線圈所受最大磁力矩。線圈由圖示位置，轉(zhuǎn)過(guò)45o時(shí)，磁力矩作功。oo'I解：第78頁(yè)/共97頁(yè)IdlS(設(shè)q>0)一、洛侖茲力§5帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第79頁(yè)/共97頁(yè)+–第80頁(yè)/共97頁(yè)帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的螺旋線運(yùn)動(dòng)螺距v和v//

分別是速度在垂直于磁場(chǎng)方向的分量和平行于磁場(chǎng)的分量。(1)如果與垂直(2)如果與斜交成

角二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第81頁(yè)/共97頁(yè)特別地，若一束粒子，角很小，且初速率v0近似相等。*磁聚焦magneticfocusing粒子源A接收器A’第82頁(yè)/共97頁(yè)它廣泛應(yīng)用與電真空器件中如電子顯微鏡中。它起了光學(xué)儀器中的透鏡類似的作用。聚焦磁極第83頁(yè)/共97頁(yè)*質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀是分析同位素的重要儀器第84頁(yè)/共97頁(yè)

減少粒子的縱向前進(jìn)速度，使粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生“反射”

磁約束原理

在非均勻磁場(chǎng)中，速度方向與磁場(chǎng)不同的帶電粒子，也要作螺旋運(yùn)動(dòng)，但半徑和螺距都將不斷發(fā)生變化。磁場(chǎng)增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)半徑減少?gòu)?qiáng)磁場(chǎng)可約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近

——

橫向磁約束縱向磁約束在非均勻磁場(chǎng)中，縱向運(yùn)動(dòng)受到抑制——

磁鏡效應(yīng)磁鏡帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第85頁(yè)/共97頁(yè)

粒子運(yùn)動(dòng)到右端線圈附近時(shí)，由于該處B很大，如果v

初始速度較小，則v有可能減至為零，然后就反向運(yùn)動(dòng)，猶如光線射到鏡面上反射回來(lái)一樣。

帶電粒子運(yùn)動(dòng)到左端線圈附近時(shí)，帶電粒子軸向速度也有可能減至為零，然后帶電粒子反向運(yùn)動(dòng)，我們通常把這種能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒子的磁場(chǎng)分布叫做磁鏡，又形象地稱為磁瓶。第86頁(yè)/共97頁(yè)范?艾侖(VanAllen)輻射帶地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱，能夠捕獲來(lái)自宇宙射線的的帶電粒子，在兩極之間來(lái)回振蕩。1958年，探索者一號(hào)衛(wèi)星在外層空間發(fā)現(xiàn)被磁場(chǎng)俘獲的來(lái)自宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)的質(zhì)子層和電子層——（VanAllen）輻射帶第87頁(yè)/共97頁(yè)《走近科學(xué)》中國(guó)UFO懸案調(diào)查續(xù)集——《深空魅影》第一集8月1日播出

2005年9月25日傍晚，中國(guó)南方航空公司一架航班在飛往青島途中，飛行員猛然發(fā)現(xiàn)飛機(jī)正前方的夜空中，出現(xiàn)了一個(gè)蚊香狀的奇異的發(fā)光體，正以一種內(nèi)螺旋軌跡飛行！奇怪的是，在空管部門的雷達(dá)上這個(gè)物體沒(méi)有絲毫顯示！就在這個(gè)夜晚，我國(guó)的遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙等多個(gè)地區(qū)，都有人目擊了同一不明飛行物.1981年，我國(guó)西南竟然發(fā)生過(guò)一次與“9.25”幾乎完全相同的UFO目擊事件。一種螺旋狀的UFO，在我國(guó)反復(fù)出現(xiàn)一種UFO.成因假設(shè)之一：該現(xiàn)象是類彗流星體在穿經(jīng)地球磁場(chǎng)時(shí)，由其上的等離子體（電漿）和地球磁場(chǎng)相互作用而形成的一種特殊天文現(xiàn)象.第88頁(yè)/共97頁(yè)bauHI三、霍爾效應(yīng)第89頁(yè)/共97頁(yè)應(yīng)用：判定半導(dǎo)體的類型；+–––+++I––––+++I計(jì)算載流子濃度n；測(cè)。第90頁(yè)/共97頁(yè)12例：如圖所示，一塊半導(dǎo)體樣品沿

X軸方向有電流

I流動(dòng)，在

Z軸方向有均勻磁場(chǎng)

B。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：a=0.10cm，c=1.0cm，I=1.0mA，B=0.3T，半導(dǎo)體片兩側(cè)的電勢(shì)差