大學(xué)物理穩(wěn)恒磁場

實用標(biāo)準(zhǔn)第^—章穩(wěn)恒磁場磁場由運動電荷產(chǎn)生。磁場與電場性質(zhì)有對稱性，學(xué)習(xí)中應(yīng)注意對比?！?1-1基本磁現(xiàn)象磁性，磁力，磁現(xiàn)象；磁極，磁極指向性，N磁極，磁極指向性，N極,S極，同極相斥，異極相吸。磁極不可分與磁單極。一、電流的磁效應(yīng)1819年，丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)；1820年，法國科學(xué)家安培發(fā)現(xiàn)磁場對電流的作用。二、物質(zhì)磁性的電本質(zhì)磁性來自于運動電荷，磁場是電流的場。注：1932年，英國物理學(xué)家狄拉克預(yù)言存在“磁單極”至今科學(xué)家一直在努力尋找其存在的證據(jù)?！?1-2磁場磁感強度一、磁場磁力通過磁場傳遞，磁場是又一個以場的形式存在的物質(zhì)。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)二、磁感強度磁感強度B的定義：(1)規(guī)定小磁針在磁場中N極的指向為該點磁感強度B的方向。若正電荷沿此方向運動，其所受磁力為零。(2)正運動電荷沿與磁感強度B垂直的方向運動時，其所受最大磁力尸日與電荷電量q和運動速度大小v的乘積的比值，規(guī)定為磁場中某點磁感強度的大小。即：oFB二一maxqv磁感強度B是描寫磁場性質(zhì)的基本物理量。若空間各點B的大小和方向均相等，則該磁場為均勻磁場；若空間各點B的大小????和方向均不隨時間改變，稱該磁場為穩(wěn)恒磁場。????磁感強度B的單位：特斯拉(丁)?！?1-3畢奧-薩伐爾定律一、畢一薩定漳電流元：Idl電流在空間的磁場可看成是組成電流的所有電流元Idl在空間產(chǎn)生元磁感強度的矢量和?！?日IdlxrdB=_o4兀r3文案大全

實用標(biāo)準(zhǔn)式中〃0：真空磁導(dǎo)率， M0=4nx10-7NA2dB的大?。?dB=4"sin，4兀 r2dB的方向： dB總是垂直于Idl與r組成的平面，并服從右手定則。圖117一流元的磁感強度的方響LLIdlxr一段有限長電流的磁場： B=JdB=匕J__一i 4兀ir3二、應(yīng)用1。一段載流直導(dǎo)線的磁場B=“0，(cos0-cos0)4兀r1 20說明：(1)導(dǎo)線“無限長”：B上I2兀r0(2)半“無限長”:日I(2)半“無限長”:B= 0 =——0—2兀r 4兀r文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)2。圓電流軸線上的磁場 磁偶極矩一I R2B=__0 2(R2+X2)32討論：(1)圓心處的磁場：x=0 B=0I;2R(2)半圓圓心處的磁場： B=1皿="L22R 4R(3)遠(yuǎn)場：乂＞＞此引進(jìn)新概念磁偶極矩m=ISn0則:文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)3。載流螺線管軸線上的磁場B="0n(cos0-cos0)2 2 1討論：(1)“無限長”螺線管：B="nI(2)半“無限長”螺線管:B二一"nI

20例：求圓心處的B?！?1-4磁通量磁場的高斯定理磁感線作法類似電場線。磁感線的特點：B線都是一些無頭無尾的閉合曲線;B線總是與電流相套合。文案大全

實用標(biāo)準(zhǔn)二、磁場的高斯定理1。磁通量定義： d定義： d巾=B?dS。=Jd。=JB?dS磁通量的直觀意義：穿過給定曲面的磁感線的根數(shù)。磁通量是標(biāo)量。2。磁場的高斯定理LB?dS=0S表述：通過任意閉合曲面的磁通量必為零。磁場的高斯定理否定了“磁荷”的存在，是電磁場基本方程之一。§11-5安培環(huán)路定理一、安培環(huán)路定理JB?dl交2IL

i表述：真空中穩(wěn)恒磁場內(nèi)，磁感強度的環(huán)流等于穿過積分回路的所有傳導(dǎo)電流代數(shù)和的〃0倍。說明：文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)(1)等號右邊的電流有正負(fù)。(2)表達(dá)式中B應(yīng)包括所有電流的貢獻(xiàn)，￡1指穿過回路的電流。(3)若電流與積分回路有N次鏈套，則—?一

hB-dl=、NI(4)“穿過回路的電流”指穿過一閉合回路為邊界的任意曲面上的電流。安培環(huán)路定理表明：穩(wěn)恒磁場不是保守場。二、定理的應(yīng)用1?！盁o限長”均勻載流圓柱導(dǎo)體的磁場。uI ，一、B=2_o_ (r〉R)2 2兀rbB-"0，r (r<R)2兀R22。環(huán)形螺線管內(nèi)的磁場文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)對細(xì)螺線管： B=R0nI小結(jié)：(1)嚴(yán)格把握定理成立條件和解題條件的區(qū)別；(2)解題步驟：①根據(jù)電流對稱性分析磁場分布對稱性；②選取適當(dāng)安培回路，使B能以標(biāo)量形式從積分號內(nèi)脫出。(3)安環(huán)與畢薩的區(qū)別：畢-薩普適。原則上可求任意電流的磁場：電流元的、一段電流的、整個電流的。缺點是叉積、投影、積分都比較困難；安環(huán)容易。但是不能求一段或部分電流的磁場?！?1-6洛侖茲力洛侖茲力：運動電荷受到的磁場力。一、洛侖茲力 ? -?f<-F-qvxB說明：b +(1)若q<0,則F方向為(—v)xB；(2)洛侖茲公式 f-q(E+vxB)若空間既存在磁場，又存在電場，則運動電荷將同時受到洛侖茲力和庫侖力作用。洛侖茲力特點：文案大全

實用標(biāo)準(zhǔn)(1)靜止電荷不受洛侖茲力作用；(2)洛侖茲力對運動電荷不作功。二、帶電粒子在均勻磁場中的運動1。1?！?V0與B平行：結(jié)論：粒子保持原來勻速直線運動狀態(tài)。結(jié)論：粒子保持原來勻速直線運動狀態(tài)。2。2。V0與B垂直：結(jié)論：粒子作勻速率圓周運動。結(jié)論：粒子作勻速率圓周運動。①軌道半徑R①軌道半徑R二mo；qB'②回旋周期 T②回旋周期 T=2^R=2m;Vo qB③回旋頻率 f=1=qBLT2冗m3。Vo與B斜交(夾角為6)：軌道半徑回旋周期螺距rmv軌道半徑回旋周期螺距rmvoSin9

qB2 2冗mT二 qB2兀m

qBv0cos9文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)三、應(yīng)用1。質(zhì)譜儀研究、分析同位素組成的儀器。2。濾速器質(zhì)譜儀的重要酉己件。3?；魻栃?yīng)U=R竺R=—R:霍爾系數(shù)HHdHnqH說明：(1)應(yīng)用廣泛。高斯計，大電流計，磁流體發(fā)電，自動控制等。(2)根據(jù)霍爾電壓極性可判斷是電子型還是空穴型半導(dǎo)體材料。(3)以上解釋是從經(jīng)典理論出發(fā)的，存在一定缺陷?！?1-7載流導(dǎo)線在磁場中所受的力-安培力一、安培力安培力的實質(zhì)就是金屬導(dǎo)體中自由電子受到洛侖茲力的作用。 -b- *■dF=IdlxB—K安培定律：磁場對電流元Idl的作用力數(shù)值上等于電流元的???? *,——?大小、電流元所在處磁感強度B的大小及電流元Idl與B之間夾文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)角的正弦的乘積，其方向由矢積IdlXB決定。一段有限長電流受安培力IdlxB說明：(1)定律無法用實驗直接驗證；(2)矢量積分。只有各電流元受力方向一致時才可退化為標(biāo)量積分；(3)若非勻磁場，則B不可從積分號內(nèi)提出；(4)特例：勻強磁場，一段長為l的直電流，與B的夾角為eF=IlBsin9 方向右手螺旋又：e=0或180°，則安培力為零；若9=90°，＜則F=Fm；IlB例1：求勻強磁場中閉合電流回路受安培力。結(jié)論：(1)勻強磁場作用在閉合回路上的合力為零；(2)均勻磁場作用在任意形狀導(dǎo)線上的磁力等于連接導(dǎo)線始端與終端的一段直導(dǎo)線上受的安培力。例2：兩根無限長平行載流直導(dǎo)線間的相互作