大学物理上第9章课件全.ppt

同学们好！,第九章 运动电荷间的相互作用 稳恒磁场,结构框图,学时：10,9.1 运动电荷间相互作用(了解),要求：了解处理问题的思路，理解结论的物理意义,问题：,一.运动电荷周围的电场,模型（所选研究对象）：正方形平行板电容器电场,中电容器静止(a、b情况相同),中:电容器以速率 沿 轴运动.,带电量:,电荷密度:,边长:,即在 方向上,带电量:,电荷密度：,电场分布：,即在 方向上,结论：求运动电荷电场分布的一般方法：,即：当电荷相对于观察者沿 方向以 匀速运动时：,P.218 例一 在 系中以 沿 轴匀速运动点电荷 的电场。,比较：,二.运动电荷间的相互作用,由：,设 系中：,由217页 9.1-4 式有：,由 得：,将 变换回S系时(152页 7.4-19式)要用到速度变换,将 变换回 系时要用到速度变换,代入152页(7.4-19)式得：,得在 系中看来，以 运动的场源电荷和以 运动的检验电荷间相互作用：,得：,所以磁场力只是运动电荷相互作用力的一部分，不是空间又出现了一个新的场，而是为了处理问题方便，人为地定义了一个新的场 磁场.电磁场是统一的整体，在不同条件下存在形式不同：,9.2 磁感应强度 毕 沙定律及其应用,定义真空磁导率：,2.磁场叠加原理,如果空间不止一个运动电荷，则空间某点总磁感应强度等于各场源电荷单独在该点激发的磁感应强度的矢量和：,练习：P.252 9-5,以 沿 运动,各 在 点处 同向：,方向垂直于纸面向里。,二.毕 沙定律,1820年:奥斯特发现电流的磁效应,求解电流磁场分布基本思路：,推证：,每个载流子在场点 处磁场,电流元在场点 处磁场,小结：,磁感应强度：,相对于观察者以 速直线运动的点电荷的磁场：,电流元 的磁场(毕 沙定律)：,磁场叠加原理：,同学们好,9.2 磁感应强度 毕 沙定律及其应用(续),上讲：,习题课：毕 沙定律应用,本讲,解：在直电流（AB）上取电流元,各电流元在 P 点 同向,统一变量：,讨论：,2.直导线及其延长线上点,1.无限长直电流,由对称性：,沿 方向,方向如图,例2.求圆电流轴线上的磁场(I,R),各电流元在 点 大小相等，方向不同，由对称性：,1.定义电流的磁矩,讨论：,2.圆心处磁场,3.画 曲线,练习：P.252 9-3,实验室用近似均匀磁场,等效圆电流：,写成矢量式：,练习：P.253 9-7,思考：,写成矢量式：,例四带电圆环（）顺时针旋转，求,对否？,解二：,解一错误，解二正确！,自学 P.224 例三载流直螺线管轴线上磁场.记住结果:,小结：用毕 沙定律求 分布,无限长载流直螺线管内的磁场：(下讲用安培环路定理求解),典型电流磁场公式：,电流的磁矩：,9.3 磁场的高斯定理和安培环路定理,一.磁场高斯定理,2.磁通量,通过磁场中某给定面的磁感应线的总条数,练习,已知：I，a，b，l 求：解：,介绍：寻求磁单极问题,1.理论需要,(1)对称性需要,麦克斯韦方程尚不对称，暗示对电磁现象认识不完全,（3）大统一理论要求：带有自发对称破缺的规范场理论得出磁单极质量,大爆炸初期形成.至今含量如何？,1975 年：美国加州大学，休斯敦大学联合小组报告.用装有宇宙射线探测器气球在40 km 高空记录到电离性特强离子踪迹，认为是磁单极。为一次虚报。,1982年，美国斯坦福大学报告，用d=5 cm 的超导线圈放入 D=20 cm 超导铅筒。由于迈斯纳效应屏蔽外磁场干扰，只有磁单极进入会引起磁通变化，运行151天，记录到一次磁通突变。改变量与狄拉克理论相符。但未能重复，为一悬案。,人类对磁单极的探寻从未停止，一旦发现磁单极，将改写电磁理论。,同学们好,9.3 磁场的高斯定理和安培环路定理（续）,二.稳恒磁场的安培环路定理,与环路绕行方向成右旋关系的电流对环流的贡献为正，反之为负。,4)空间存在多个长直电流时，由磁场叠加原理,稳恒磁场的安培环路定理：,成立条件：稳恒电流的磁场,场中任一闭合曲线 安培环路（规定绕向）,环路上各点总磁感应强度（包含空间穿过，不穿过 的所有电流的贡献）,穿过以 为边界的任意曲面的电流的代数和。,穿过以 为边界的任意曲面的电流的代数和。,注意：,安培环路定理揭示磁场是非保守场（无势场，涡旋场）,三.安培环路定理的应用 求解具有某些对称性的磁场分布,例一 无限长均匀载流圆柱体 内外磁场.,思考：无限长均匀载流直圆筒 曲线？,练习：P.253 9-14,解：磁场分布,解：线密绕,由安培环路定律：,无限长直螺线管内为均匀磁场,详见思考题解：,解：,等效于长直螺线管 单位长度上电流,例三 载流螺绕环的磁场分布（）,练习：若螺绕环截面为正方形，求通过螺绕环截面的磁通量。,解：,解一.用叠加原理,由对称性：,解二.用安培环路定理,思考：如果载流平面不是无限宽，能否用叠加原理求解？能否用安培环路定理求解？,原电流分布等效于：,原磁场为：,1)由安培环路定理：,同理可得：,空腔内为垂直于 的均匀磁场：,小结：形成均匀磁场的方法,小结：1.熟悉典型问题结果,运动点电荷，无限长直电流，圆电流轴线上，长直载流螺线管，螺绕环.,2.总结出用安培环路定理求解磁场分布的思路,同学们好！,9.4 磁场对运动电荷及电流的作用,1.磁场对运动电荷的作用,特点：不改变 大小，只改变 方向。不对 做功。,练习：求 相互作用洛仑兹力的大小和方向。,2.带电粒子在电磁场中的运动,匀速直线运动,匀速率圆周运动,等螺距螺旋线运动,a）质谱仪,质谱分析：,应用：,滤速器,轴对称磁场（短线圈）磁透镜（电子显微镜）,例题：P.254 9-16,在位置 受力如图,3.霍耳效应,(1)现象：导体中通电流I，磁场 垂直于I，在既垂直于I，又垂直于 方向出现电势差U。,平衡条件：,(3)应用：,测载流子密度,测载流子电性 半导体类型,测磁场（霍耳元件）,磁流体发电,量子霍耳效应,量子霍耳效应简介,霍耳电阻：,霍耳电阻率：,1985年，德国的 冯 克里芩获诺贝尔物理奖,1998年 劳克林、施特默、崔琦因发现电子的分数量子霍耳效应获诺贝尔物理奖,二.安培定律,2.载流导线所受磁场力,对于任意形状平面载流线圈 许多小矩形线圈的组合.,例题：均匀磁场中弯曲导线所受磁场力,方向,均匀磁场中，弯曲载流导线所受磁场力与从起点到终点间载有同样电流的直导线所受的磁场力相同。,方向向右,受力,2.求 受 磁场作用力,方向如图,由对称性,沿 方向。,一面斜向上运动，一面绕 转动,例题：P.256 9-21,已知：求：载流平面上单位面积所受 磁场力,由安培环路定理：,无限大载流平面上任一电流元受载流平面上其它电流磁场力的合力为零。只计算其所受均匀场 的作用。,电流元,单位面积受力：,方向,例题：P.256 9-23,三.磁力的功,（为恒量）,磁力的功=电流强度 穿过回路磁通量增量=电流强度 载流导线切割磁力线条数。,推广：,同学们好,上讲：运动电荷和电流所受的磁力,本讲：磁介质,9.5 顺磁质和抗磁质,宏观效果,1.介质中总磁矩不为零,2.介质表面出现磁化电流,描述方法,与磁化电流的关系：,定义磁化强度：,磁化电流：,磁场强度 的引入,安培环路定理：,介质中的安培环路定理,由,例：P.257 9-27,代入数据：,得：,很大且与 有关，非常数，说明该磁介质非顺磁质，也非抗磁质，而是铁磁质。,