大学物理第8章恒定磁场.ppt

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1、2023/11/12,DUT 余 虹,1,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余 虹,2023/11/12,DUT 余 虹,2,第8章 恒定磁场,2023/11/12,DUT 余 虹,3,2023/11/12,DUT 余 虹,4,1820年4月丹麦物理学家奥斯特在哥本哈根大学作有关电和磁的演讲，接通电源时，他发现放在边上的磁针轻轻抖动了一下，他意识到这是盼望已久的电流的磁效应。,1820年7月21日，奥斯忒以拉丁文报导了60次实验的结果。,2023/11/12,DUT 余 虹,5,运动电荷除了在周围产生电场外，还有另一种场只对运动电荷起作用磁场稳恒电流产生的磁场叫稳恒磁场。,电荷受力,

2、2023/11/12,DUT 余 虹,6,静止电荷,静止电荷,静止电荷之间的作用力 电力,运动电荷之间的作用力 电力+磁力,运动电荷,运动电荷,说明,1、磁场由运动电荷(或电流)产生;,3、磁场是物质的有能量、有质量,二、磁场 磁感应强度,电场,磁场传递磁相互作用,2、磁场对运动电荷(或电流)有力的作用;,2023/11/12,DUT 余 虹,7,洛仑兹力,运动电荷在电磁场中受力,磁感应强度,设计实验检验空间一点的磁感应强度,单位 T 或 Gs 1Gs=10 4 T,磁场服从叠加原理,2023/11/12,DUT 余 虹,8,毕奥-萨伐尔定律,真空磁导率,叠加原理,三、毕奥-萨伐尔定律,202

3、3/11/12,DUT 余 虹,9,求：直线电流的磁场分布。,方向,-l,L 则 1=0 2=,方向：右手定则,2023/11/12,DUT 余 虹,10,求：圆电流轴线上的磁感应强度。,例题,2023/11/12,DUT 余 虹,11,求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。,例题,方向,解：,2023/11/12,DUT 余 虹,12,例题,宽度为 a 的无限长金属平板，均匀通电流I，,将板细分为许多无限长直导线每根导线宽度为 d x 通电流,解：建立坐标系,所有dB 的方向都一样：,求：图中P点的磁感应强度。,2023/11/12,DUT 余 虹,13,一、磁感应线 磁通量,2.与形成磁

4、场的电流相套连.,磁感应线特点,1.无头无尾的闭合曲线.,单位 韦伯（W b）,8.2 磁场的高斯定理,2023/11/12,DUT 余 虹,14,二、高斯定理,磁场是无源场.,磁感应线是闭合曲线.,求穿过旋转曲面的磁通量，,可以通过求穿过平面圆的磁通量。,为什么？,2023/11/12,DUT 余 虹,15,正向穿过以L为边界的任意曲面的电流的代数和。,磁场 B 由所有的电流贡献！,8.3 安培环路定理,一、安培环路定理,2023/11/12,DUT 余 虹,16,二、安培环路定理的应用,用来求解具有高度对称的磁场,求：无限长直线电流的磁场,解：对称性分析磁感应线是 躺在垂直平面上的同心圆。

5、,选环路,2023/11/12,DUT 余 虹,17,求：无限长圆柱面电流的磁场,解：对称性分析磁感应线是 躺在垂 直平面上的同心圆。,选环路,2023/11/12,DUT 余 虹,18,与轴平行！,例题,求：均匀密绕无限长直螺线管的磁场（已知 n、I）,解：对称性分析管内垂轴平面上任意一点 垂直平面,有限长的螺线管当 LR，在中部也有此结果在端部,2023/11/12,DUT 余 虹,19,例题,求：均匀密绕螺线环的磁场（已知 中心半径R，总匝数N，电流强度I）,解：对称性分析管内任意一个垂轴平面都是对称面磁感应线是一组同心圆,0（其他）,与环的横截面形状无关。,2023/11/12,DUT

6、 余 虹,20,一、在 均匀磁场,匀速直线运动,磁力提供向心力。,匀速率圆周运动,=常量,轨迹？,周期与速度无关.,2023/11/12,DUT 余 虹,21,=螺旋运动,粒子束发散角不大、速度相近，v/几乎相等。,匀速率圆周运动+匀速直线运动,半径,周期,2023/11/12,DUT 余 虹,22,（3）地磁场内的范艾仑辐射带,二、非均匀磁场,（1）磁镜,（2）磁瓶,I,60000km,8OO km,4000km,用于高温等离子磁约束,（也是螺旋运动，R、h 都在变化）,2023/11/12,DUT 余 虹,23,垂直于 的方向出现电势差 霍耳效应,霍耳电压UH,正效应载流子是 空穴 P型半

7、导体,负效应载流子是电子 n型半导体,三、霍耳效应,2023/11/12,DUT 余 虹,24,霍耳系数,2023/11/12,DUT 余 虹,25,理论曲线,霍耳电阻,量子霍耳效应,崔琦、施特默：更强磁场下,克里青：半导体在低温强磁场 m=1、2、3、,1985年 诺贝尔物理奖,1998年 诺贝尔物理奖,实验曲线,2023/11/12,DUT 余 虹,26,例题 质谱仪测粒子的荷质比,实验：加速电压U，均匀磁场B，粒子垂直入射，进口到胶片记录位置间距为D，计算粒子的Q/m值。,解：粒子进质谱仪时动能,进磁场后做匀速率圆周运动，,2023/11/12,DUT 余 虹,27,8.5 载流导线在磁

8、场中受力,一、一段载流导线上的力安培力,1个电子,N个电子受力,受力,2023/11/12,DUT 余 虹,28,均匀磁场,2、均匀磁场中的闭合线圈 F=0,长度矢量,说明：1、,3、若处处（不一定均匀）F=0,2023/11/12,DUT 余 虹,29,2023/11/12,DUT 余 虹,30,2023/11/12,DUT 余 虹,31,2023/11/12,DUT 余 虹,32,解：一小段电流元受力,磁铁N 极正上方水平放一半径为R的载流导线环，沿环处 B 与垂直方向夹角为（如图）,例题,由对称性,方向向上,求：导线环受的磁力。,2023/11/12,DUT 余 虹,33,三、磁力的功,当 I 不随时间变化,正向磁通增加磁力做正功。,反向磁通减少磁力做正功。,A=I（2-1）,根据电流方向，穿过回路的磁通是反向的,2023/11/12,DUT 余 虹,34,作者 余 虹,2023/11/12,DUT 余 虹,35,一对圆电流在对称面上产生的磁场垂直于对称面,To18,