第09章-穩(wěn)恒磁場(chǎng)課件

第九章穩(wěn)恒磁場(chǎng)(P.36~38,P.49~88)§9.1電流穩(wěn)恒電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)§9.2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度§9.3畢奧─薩伐爾定律§9.4磁場(chǎng)中的高斯定理§9.5安培環(huán)路定理§9.6磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用§9.7磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用*§9.8磁介質(zhì)§9.1電流穩(wěn)恒電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)(P.36~38)1.電流強(qiáng)度與電流密度

1.1電流電流強(qiáng)度電流：導(dǎo)體內(nèi)的載流子定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。形成電流的條件：

1）導(dǎo)體中有載流子；

2）導(dǎo)體中有電場(chǎng)存在或?qū)w兩端有電勢(shì)差。電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間里通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電量：

1.2電流密度通過(guò)垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電流強(qiáng)度:電流密度為矢量,導(dǎo)體中某點(diǎn)電流密度的方向沿該點(diǎn)正電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向:電流密度反映了電流在載流導(dǎo)體內(nèi)的分布:電流線:形象反映導(dǎo)體中電流的分布。1.3電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系:

1.4電流與載流子的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系3．恒定電流和恒定電場(chǎng)3.1電流的連續(xù)性方程S

j3.3恒定電流的條件：S（a）I1I2I3I4S（b）3.2恒定電流導(dǎo)體內(nèi)各處的電流密度都不隨時(shí)間變化的電流：3.4恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)：不隨時(shí)間變化的電荷分布產(chǎn)生的不隨時(shí)間變化的電場(chǎng)。恒定電場(chǎng)的性質(zhì)：具有與靜電場(chǎng)類似的性質(zhì)：3.電源及電源電動(dòng)勢(shì)3.1非靜電力－－非靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)能提供非靜電力以把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。3.2電源3.3電源的電動(dòng)勢(shì)在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極的過(guò)程中非靜電力所作的功：閉合回路的電動(dòng)勢(shì)：§9.2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度(P.49~52)1.磁現(xiàn)象的本質(zhì)1.1磁現(xiàn)象早期觀測(cè)的磁現(xiàn)象奧斯特實(shí)驗(yàn)（1819年）安培實(shí)驗(yàn)（1820年）（1）磁體附近的載流導(dǎo)線受到力的作用：（2）電流與電流之間存在相互作用：S+（3）磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用：電子束N1.2磁現(xiàn)象的本質(zhì)磁現(xiàn)象都起源于運(yùn)動(dòng)電荷（電流），磁相互作用的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)電荷（電流）之間的相互作用。分子環(huán)流：電子繞原子核運(yùn)動(dòng)和電子自旋所形成。2.磁場(chǎng)2.1磁相互作用的場(chǎng)的觀點(diǎn)2.2磁場(chǎng)2.3磁場(chǎng)的的基本性質(zhì)對(duì)處在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷（電流）產(chǎn)生作用力.運(yùn)動(dòng)電荷（電流）周?chē)臻g存在的一種場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷3.磁感應(yīng)強(qiáng)度定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。憾x磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向：+vFmaxq0§9.3比奧－薩伐爾定律(P.54~60)1.畢奧─薩伐爾定律

電流元:畢奧─薩伐爾定律IdlPrdB

(，o=410-7T·m·A-1)dqdEr電荷元的電場(chǎng)具有球?qū)ΨQ性電荷元的電場(chǎng)具有球?qū)ΨQ性，電流元的磁場(chǎng)具有軸對(duì)稱性一段電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度：2.畢奧─薩伐爾定律的應(yīng)用2.1解題要點(diǎn)2.2幾種常見(jiàn)電流的磁場(chǎng)(I)（1）直線電流的磁場(chǎng)：DCOP無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線：1=0,2

=（2）環(huán)形電流的磁場(chǎng)B

=0xxPRO

dB||dBrdBIdlx=0（圓心）：為載流線圈的磁矩。

其中ISPm

I⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙O12Rx（3）載流直螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)

xdx長(zhǎng)螺線管中心：長(zhǎng)螺線管端口：例9.1半徑為

R

的圓盤(pán)均勻帶電，電荷密度為。若該圓盤(pán)以角速度繞圓心O

旋轉(zhuǎn)，求軸線上距圓心x

處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。Pxx

dIRrdrOdBR解：3.勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng)大?。?/p>

方向：矢量式：作業(yè)：9.7、9.8、9.10§9.4磁場(chǎng)中的高斯定理(P.52~54)1.磁力線1.1定義1.2性質(zhì)1）永遠(yuǎn)閉合（與電流相互套聯(lián)）2）永不相交各種典型的磁力線的分布直線電流的磁力線圓形電流的磁力線直螺線管電流的磁力線環(huán)形螺線管電流的磁力線2.磁通量閉合曲面：通過(guò)磁場(chǎng)中某一曲面的磁感應(yīng)線數(shù)的代數(shù)和:Bn0dS

3.磁場(chǎng)的高斯定理穿過(guò)磁場(chǎng)中任意封閉曲面的磁通量為零：高斯定理表明，磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng).作業(yè)：9.12§9.5安培環(huán)路定理(P.60~64)1.安培環(huán)路定理無(wú)限長(zhǎng)直電流穿過(guò)積分回路：安培環(huán)路定理的驗(yàn)證：r+drrBdlOLIdIOL1L2AC無(wú)限長(zhǎng)直電流無(wú)穿過(guò)積分回路：一般情況：推廣I1I3I2L2.安培環(huán)路定理的應(yīng)用

——求解具有對(duì)稱性的磁場(chǎng)分布2.1解題要點(diǎn)2.2幾種常見(jiàn)電流的磁場(chǎng)（II）（1）無(wú)限長(zhǎng)圓柱形載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)PIRr(a)(b)rORPLLBrROL(b)rORPL（2）長(zhǎng)直載流螺線管的磁場(chǎng)（3）載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)L例9.2

無(wú)限大平面電流的磁場(chǎng)分布：如圖所示，無(wú)限大導(dǎo)體薄平板通有恒定電流，電流沿平板均勻分布，其面電流密度（即通過(guò)與電流方向垂直的單位長(zhǎng)度的電流）大小為i。求平板周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度。labcdi(a)⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙(b)解：labcd⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙(b)作業(yè)：9.16、9.17§9.6磁場(chǎng)載流導(dǎo)線的作用(P.64~70)位于磁場(chǎng)中某點(diǎn)處的電流元Idl受到磁場(chǎng)的作用力：1.磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力1.1安培定律1.2磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××OdFxdFyBIyx

ddFIdlR例9.5無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線通有電流I1，在同一平面內(nèi)有長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流直導(dǎo)線，通有電流I2。求長(zhǎng)為

L的導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力。解:rxI1I2dxxldldF軌道炮：速度達(dá)2000米/秒電磁軌道炮不同于當(dāng)前的艦炮，它利用電流和生成的電磁力替代化學(xué)能來(lái)發(fā)射彈丸。其彈丸射速遠(yuǎn)高于當(dāng)前艦炮的彈丸射速。磁流體船B電流BF海水進(jìn)水出水發(fā)動(dòng)機(jī)接發(fā)電機(jī)IF電極a2.平行電流間電流相互作用力“安培”的定義2.1平行電流間電流相互作用力同理方向：同向相吸，異向相斥。2.2電流單位“安培”的定義3.載流線圈所受的磁力矩矩形線圈：(a)adbcl1l2OIBF2(b)d(c)Oa(b)

一般平面線圈：線圈的磁矩：（

N

匝）IS電機(jī)4.1磁力對(duì)運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線的功4.磁力的功××××××××××××××××××××××××××××××××××FIabSB

cIdlx4.2磁力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)載流線圈的功Odd(c)

F2Ba(b)一般情況：OBAXYRI解：作業(yè)：9.18、9.21、9.24§9.7磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(P.70~78)vqBIdlv1.洛侖茲力vBFqvBqF(b)(a)

大小：方向：（1）初速度方向與磁場(chǎng)方向平行2.帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)－－勻速直線運(yùn)動(dòng)+Bv(a)v||B（2）初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直(b)vBBRF+

vO周期半徑粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)（3）初速度方向沿任意方向螺距——沿螺旋線軌道運(yùn)動(dòng)半徑Bh+v(c)v與B成任意夾角

3.電磁場(chǎng)控制帶電粒子運(yùn)動(dòng)的實(shí)例3.1質(zhì)譜儀+-PN

BR速度選擇：質(zhì)譜分析：3.2回旋加速器歐洲核子研究中心（CERN）位于日內(nèi)瓦郊外的加速器：大環(huán)是周長(zhǎng)約為27km的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，中環(huán)為質(zhì)子同步加速器。1939年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：

勞倫斯

——回旋加速器的發(fā)明

1939年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)加利福尼亞伯克利加州大學(xué)的勞倫斯（ErnestOrlandoLawrence,1901-1958）,以表彰他發(fā)明和發(fā)展了回旋加速器，以及用之所得到的結(jié)果，特別是人工放射性元素。

核物理學(xué)的誕生揭開(kāi)了物理學(xué)發(fā)展史中嶄新的一頁(yè)，它不但標(biāo)志了人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了更深的一個(gè)層次，而且還意味著人類開(kāi)始以更積極的方式改變自然、探索自然、開(kāi)發(fā)自然和更充分地利用大自然的潛力。各種加速器的發(fā)明對(duì)核物理學(xué)的發(fā)展起了很大的作用，而勞倫斯的回旋加速器則是這類創(chuàng)造中最有成效的一項(xiàng)。3.3磁聚焦——與速度方向無(wú)關(guān)vBhAA磁鏡：qF||FFB＋磁瓶：3.4磁約束外輻射帶：主要由質(zhì)子組成內(nèi)輻射帶：主要由電子組成范艾侖輻射帶極光：由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象在地磁兩極附近由于磁感線與地面垂直外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光絢麗多彩的極光4.霍耳效應(yīng)4.1霍耳效應(yīng)現(xiàn)象bbAA

v+qEHIIBFm+++++++++++-------------FeUH4.2霍耳電壓dbAAv+qEHIIBFm+++++++++++-------------Fe4.3霍耳效應(yīng)的應(yīng)用1）測(cè)量磁場(chǎng)2）判別半導(dǎo)體的類型3）磁流體發(fā)電作業(yè)：9.26、9.27*§9.8磁介質(zhì)(P.78~88)1.物質(zhì)的磁性r＝

B/B0——相對(duì)磁導(dǎo)率四類磁介質(zhì)：錳、鉻、鉑、氮水銀、銅、氫、金、銀鐵、鎳、鈷、鐵氧體順磁質(zhì)：

抗磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：超導(dǎo)體完全抗磁體：2.1分子的磁矩2.磁介質(zhì)的磁化分子中各電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋產(chǎn)生的磁矩之和。順磁質(zhì)的分子的磁矩：+分子磁矩－順磁質(zhì)的分子中各電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋而產(chǎn)生的磁矩不能相互抵消，分子磁矩不為零?！總€(gè)分子等效一個(gè)圓形電流。抗磁質(zhì)的分子的在磁場(chǎng)中的附加磁矩：沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，抗磁質(zhì)分子中各電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋而產(chǎn)生的磁矩相互抵消，分子磁矩為零。存在外磁場(chǎng)時(shí)，分子中每個(gè)電子產(chǎn)生一與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁矩ml。2.2磁介質(zhì)的磁化順磁質(zhì)的磁化：(a)B0=0

mi(b)B00B0mi

抗磁質(zhì)的磁化：(a)B0=0B0mi(b)B003.1磁化強(qiáng)度3.磁化強(qiáng)度與磁化電流3.2磁化電流一般情況：dIsacblM均勻磁化的情況：ROM解：OenrxR磁場(chǎng)強(qiáng)度：4.磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁化強(qiáng)度4.1