物理稳恒磁场PPT课件

1、预习要点预习要点1.1. 磁感应强度是怎样定义的磁感应强度是怎样定义的? ?2.2. 对磁感应线有哪些规定对磁感应线有哪些规定? ? 领会磁通量的计算公式领会磁通量的计算公式. .3.3. 什么是磁场的高斯定理什么是磁场的高斯定理? ? 注意它的数学表达式及注意它的数学表达式及所反映的磁场的性质所反映的磁场的性质. .4.4. 认识洛仑兹关系式认识洛仑兹关系式, , 了解其应用了解其应用. .第1页/共49页磁感应强度磁感应强度 1 磁场运动电荷运动电荷磁场电流周围存在着一种特殊物质-磁场2 磁感应强度 的定义B 当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时受力最大.vqFmaxvqFmax大小与

2、 无关v, q磁感应强度大小定义为：vqFBmax磁感应强度的方向为放在这一点的小磁针N极的稳定指向.第2页/共49页洛仑兹力洛仑兹力 由实验知电量为q电荷在磁场中受到的磁场力：+qvBmFBqF vm 称运动电荷在磁场中所受的力为洛仑兹力. 洛仑兹力总与带电粒子的运动速度垂直. 因此,洛仑兹力对运动电荷不作功. 洛仑兹力只改变运动电荷的方向, 不改变速度的大小.第3页/共49页形象的描绘磁场分布的空间曲线,规定:方向：磁力线上某点的切线方向为该点磁场方向.大小：垂直穿过单位面积的磁力线根数.dSdBm1 磁感应线通过某一曲面的磁感线数为通过此曲面的磁通量.2 磁通量SBddsdSB单位2m1

3、T1Wb1第4页/共49页0SdB 由于磁力线为闭合曲线，穿入穿出闭合面的磁力线根数相同，正负通量抵消.穿过闭合面的磁通量等于0.4 磁场中的高斯定理磁力线为闭合曲线.第5页/共49页带电粒子在电场和磁场中所受的力:电场力EqFe磁场力（洛仑兹力）BqF vmBqEqFv洛仑兹关系式第6页/共49页应用1: 磁偏转B BRLf fRmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBTf210v第7页/共49页应用2 . 磁聚焦vvv/sinvv 洛仑兹力 BqFvm 与 不垂直Bvcosvv/qBmT2qBmRvqBmd2cosvTv/螺距B Bvv/v第8页/共49页dBIbHU+q

4、dv+ + + + + - - - - -eFmF 载流导体放入磁场B中，在导体上下两表面产生霍尔电压的现象. 载流导体中的运动电荷在洛伦兹力的作用下，向上偏转，在导体的上表面积累了正电荷.第9页/共49页nqdIBUHnqR1H霍耳系数bdqndvSqnIdv霍尔效应的应用测量半导体的性质和测量磁场等.BqqEdHvBEdHvBbUdHv第10页/共49页预习要点预习要点1. 安培定律的内容是什么安培定律的内容是什么? 它的矢量表达式是它的矢量表达式是怎样的怎样的?2. 注意计算载流导体所受安培力的方法注意计算载流导体所受安培力的方法.3. 什么是载流线圈磁矩的定义什么是载流线圈磁矩的定义?

5、 注意均匀磁场注意均匀磁场对载流线圈的作用力矩公式对载流线圈的作用力矩公式.第11页/共49页 安培定律BlIF ddsinddlBIF 磁场对电流元的作用力l dISBlId 有限长载流导线所受的安培力:BlIFFlldddF的方向：右螺旋法则BlIdFd与方向相同第12页/共49页ImaxFBIBBIF 垂直纸面向内I与B垂直、F最大 I与B平行、F为零安培定律的积分形式 LBlIdF 这是矢量积分。一般情况下把它们分解到不同方向上，求每一方向的分力，最后再求总的合力。如 lxxdFFlyydFFlzzdFFkFjFiFFzyx第13页/共49页 将平面载流线圈放入均匀磁场中，da边受到安

6、培力大小:)2sin(2BIlFdabc边受到安培力大小:)2sin(2BIlFbcFda与Fbc大小相等方向相反，作用在一条直线上，相互抵消.1l2ln nooabcdIB BbcFdaF第14页/共49页ab边受到安培力:2sin1BIlFabcd边受到安培力:2sin1BIlFcdabFcdFFab与Fcd大小相等方向相反，不在一条直线上，不能抵消，为一对力偶，产生力矩.1l2lenooabcdIB B第15页/共49页sin22labFcdF作俯视图可看出线圈受到的力矩大小为：sin222lFMabsin2221lBIlsin21BlIl)(ba)(cdI2lneBosin 21Bll

7、INM如果为N匝平面线圈：sin BSINS为平面线圈面积。第16页/共49页 结论: 均匀磁场中，刚性平面载流线圈受的磁力矩的作用，在磁力矩的作用下，线圈将转动，使其磁矩的方向与外磁场方向相同而达到稳定平衡。2/,maxmBMMBm定义磁矩nmNISeBmM0qq=稳定平衡非稳定平衡0,/MBm第17页/共49页IB.FF. . . . . . . . . . . . . . . . .FIBmax,2MM BIF0,0M稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论（1） 与与 同向同向Bne（2）方向相反方向相反 （3）方向垂直方向垂直0,M力矩最大力矩最大第18页/共49页 结论结论:

8、 均匀均匀磁场中，任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭性闭合合平面平面通电线圈所受的力和力矩为通电线圈所受的力和力矩为BmMF,02/,maxmBMMBm0稳定稳定平衡平衡非稳定非稳定平衡平衡0,/MBmne与与 成成右右螺旋螺旋IneNISm 磁矩磁矩第19页/共49页预习要点预习要点1. 领会磁场叠加原理领会磁场叠加原理.? 3. 如何应用如何应用第20页/共49页02dd4rIleBBr任意载流导线在点 P 处的磁感强度磁感强度叠加原理IP*lIdBdr 一段长为dl通有电流为I的电流元产生的磁感应强度：真空磁导率 270AN10402dd4rI leBr第21页/共49页4.求分量Bx和B

9、y ;22yxBBB,求总场.5.由3.确定电流元的磁场2.建立坐标系;1.分割电流元;解题步骤：20sind4drlIB第22页/共49页例:一段有限长载流直导线,通有电流为I ,求P处的磁感应强度.yxzIPABo0r*Bd1r2zzd解20sind4drzIBABrzIBB20sin4ddsin/,cot00rrrz20sin/ddrz21dsin400rIB）（2100coscos4rI21dsin400rIB第23页/共49页）（210coscos40rIB 的方向沿 x 轴的负方向.B对于无限长载流长直导线的磁场.021002rIB第24页/共49页例：一载流圆环半径为R通有电流为

10、I，求圆环轴线上一点的磁感应强度.根据对称性分析sindBBBxrBdlIdIRxop*解：将圆环分割为无限多个电流元； 建立坐标系，电流元在轴线上产生的磁感应强度dB为：20d4drlIBx20dcos4drlIBxrRcos222xRr第25页/共49页lrlIB20dcos4RlrIR2030d42322202）（RxIRB载流圆环环心处x=0;RIBo20有第26页/共49页轴线上任一点P的磁场 232220)(2xRIRB圆电流中心的磁场 RIB20 圆电流的中心的 RIB2210 1/n 圆电流的中心的 RInB210第27页/共49页R (3)oIRIB200RIB400RIB8

11、00IRo (1)x0B推推广广o (2)RI第28页/共49页02dd4rI l eBr毕萨定律 vlqnSlSjlIddd02dd4rnS lqveBr02ddd4rqveBBBNr运动电荷的磁场+qrBvvrBq第29页/共49页预习要点预习要点1. 安培环路定律的内容及数学表达式是怎样的？安培环路定律的内容及数学表达式是怎样的？2. 注意安培环路定律所描述的稳恒磁场的性质注意安培环路定律所描述的稳恒磁场的性质.3. 领会用安培环路定律计算磁感应强度的方法领会用安培环路定律计算磁感应强度的方法.第30页/共49页一 安培环路定理lRIlBld2d0IlBl0dRIB20RoBldlI 设

12、闭合回路 为圆形回路, 与 成右螺旋Ill第31页/共49页oIRBldlrBlIdldIIlBl0200d2dd2d2d00IrrIlB若回路绕向为逆时针对任意形状的回路IlBl0d第32页/共49页d2dd02211IlBlB0dd2211lBlB0dlBl电流在回路之外20210122rIBrIB，Ild1dl1r2r2dl1B2B第33页/共49页 多电流情况321BBBB 推广：)(d320IIlBl 安培环路定理niiIlB10d1I2I3Il第34页/共49页安培环路定理niiIlB10d 在真空的稳恒磁场中，磁感应强度 沿任一闭合路径的积分的值，等于 乘以该闭合路径所包围的各电

13、流的代数和.B0 电流I正负的规定: I与L成右螺旋时, I为正；反之为负. 在场的理论中，把环流不等于零的场称为涡旋场，所以，稳恒磁场是涡旋场. 第35页/共49页（1）电流正、负号的规定：I与L成右螺旋为正，反之为负 4I 1I 2I 3I 5I L 右图，I1与L的绕向成右螺旋关系取正号、I2、I3与L的绕向成左螺旋关系取负号，I4、I5没有穿过L 、对B的环路积分没有贡献。I0ILI第36页/共49页）（210II （1） 是否与回路 外电流有关？LB3I2I1IL1I1IdLB l （2）若 ，是否回路 上各处 ？是否回路 内无电流穿过？0BL0d lBLL012()II 讨论：第3

14、7页/共49页（2）正确理解安培环路定律应注意的两点： 安培环流定律只是说B的线积分值只与穿过回路的电流有关，而回路上各点的B值则与所有在场电流有关。 如果没有电流穿过某积分回路，只能说在该回路上B的线积分为零，而回路上各点的B值不一定为零。第38页/共49页利用安培环流定理可以求某些具有特殊对称性的电流分布的磁场。（1）首先要分析磁场分布的对称性；（2）选择一个合适的积分回路或者使某一段积分线上B为常数，或者使某一段积分线路上B处处与dl 垂直；ilIl dB0（3）利用 求B。 第39页/共49页例：圆柱形载流导体半径为R ，通有电流为I ，电流在导体横载面上均匀分布，求圆柱体内、外的磁感

15、应强度的分布.解 对称性分析选取回路IrB02rIB20IlBl0dRIrBBddS.BdSBdRr 1）L第40页/共49页RI20BRorIRrlBl220dIRrrB2202202RIrB2）Rr0选取回路.L第41页/共49页PMOPNOMNllBlBlBlBlBddddd例：密绕载流螺线管通有电流为I，线圈密度为n，求管内一点的磁感应强度. 1 ) 螺线管外部磁感强度趋于零 ，即 .0B2 )螺线管内选回路 .LBLMNPO对称性分析螺旋管内为均匀场 , 方向沿轴向,IMNnMNB0nIB0解+第42页/共49页预习要点预习要点1. 磁介质的磁化对磁场分布有什么影响磁介质的磁化对磁场

16、分布有什么影响?2. 顺磁质和抗磁质的区别是什么顺磁质和抗磁质的区别是什么? 3. 磁场强度与磁感应强度的关系如何磁场强度与磁感应强度的关系如何?4. 了解铁磁质的特性及应用了解铁磁质的特性及应用.第43页/共49页磁介质是能影响磁场的物质.磁介质是由大量分子或原子组成电子绕核旋转分子电流i分子磁矩imp0BBB介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度磁介质中的总磁感强度磁化电流附加磁场第44页/共49页0BBB抗磁质内磁场0BBB顺磁质内磁场0, BB方向相同的物质叫顺磁质;0, BB方向相反的物质叫抗磁质;第45页/共49页1 磁场强度定义BH为磁场强度. IlHld 磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导电流的代数和. 2 磁介质中的安培环路定理 第46页/共49页磁滞回线 由于磁滞，当磁场强度减小到零（即 ）时，磁感强度 ，而是仍有一定的数值 ， 叫做剩余磁感强度(剩磁).