大学物理八章1课件

1、 恒定电流的磁场恒定电流的磁场现代应用现代应用: :例如：计算机中的存储材料即为磁性材料。例如：计算机中的存储材料即为磁性材料。3.53.5寸软盘寸软盘光盘光盘存贮功能的增加应归功于物理中对磁性材料的存贮功能的增加应归功于物理中对磁性材料的开发及其性质的深入研究。开发及其性质的深入研究。所以在现代研究的前沿，磁学仍是一个所以在现代研究的前沿，磁学仍是一个需要精细研究的领域。需要精细研究的领域。U U盘盘巨磁电阻效应巨磁电阻效应磁光效应磁光效应 1988年法国阿尔贝年法国阿尔贝费尔和德国彼得费尔和德国彼得 格林贝格林贝格尔各自独立发现的格尔各自独立发现的巨磁电阻效应（巨磁电阻效应（GMR）巨磁电

2、阻效应：巨磁电阻效应：非常弱小的磁性变化就能导致非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。磁性材料发生非常显著的电阻变化。巨磁电阻技术巨磁电阻技术通过改进硬盘的读取磁头，催生通过改进硬盘的读取磁头，催生了这场硬盘技术革命。了这场硬盘技术革命。相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上如今内置上百如今内置上百G容量的硬盘已成为电脑的标准配置容量的硬盘已成为电脑的标准配置毕奥毕奥萨伐尔定律、磁场中的高斯定理、萨伐尔定律、磁场中的高斯定理、 安培环路定理、洛仑兹公式、安培定律安培环路定理、洛仑兹公式、安培定律 以及它们的应用。磁介质的安培环路定理。以

3、及它们的应用。磁介质的安培环路定理。物理学物理学 刘克哲刘克哲 高等教育出版社高等教育出版社 电磁学电磁学 张三慧张三慧 清华大学出版社清华大学出版社 电磁学专题研究电磁学专题研究 陈秉乾等陈秉乾等 高等教育出版社高等教育出版社真空中的恒定磁场以及磁场与运动电荷之真空中的恒定磁场以及磁场与运动电荷之间的相互作用。磁介质的相应性质。间的相互作用。磁介质的相应性质。(1)(1)天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。 (2)永磁铁具有永磁铁具有，即磁北极，即磁北极和磁南极和磁南极 。磁极之间存在相互作用磁极之间存在相互作用. (3)(3)某些本来不显磁性的物质，在接近或某些本来不

4、显磁性的物质，在接近或接触磁铁后就有了磁性，这种现象称为磁化。接触磁铁后就有了磁性，这种现象称为磁化。1 1、永磁体的性质、永磁体的性质液体磁铁液体磁铁紧固加工的复杂紧固加工的复杂零部件零部件轴与机体的密封轴与机体的密封液体磁铁液体磁铁: :将一些尺寸为将一些尺寸为0.1-1.50.1-1.5微米的铁磁微粒微米的铁磁微粒掺人掺人液体中，并采取一定措施使这些微粒均匀地悬浮于液液体中，并采取一定措施使这些微粒均匀地悬浮于液体之中，就形成了液体磁铁。体之中，就形成了液体磁铁。润滑剂润滑剂选矿机选矿机实验药品，仪器和器材：实验药品，仪器和器材：往往500ml500ml的烧杯里加的烧杯里加1molL1-

5、FeCl1molL1-FeCl2 2溶液溶液15ml15ml实验步骤实验步骤往往1.1.中继续加中继续加1.5mol L1-FeCl1.5mol L1-FeCl3 3溶液溶液20ml20ml往往2.2.中加中加1mol L1-1mol L1-的的NHNH3 3HH2 2O150mlO150ml，生成黑色胶状沉淀物，生成黑色胶状沉淀物FeFe3 3O O4 4往往3.3.中加中加5ml5ml油酸油酸(C(C1717H H3333COOH)COOH)，油酸具有亲水基，油酸具有亲水基-COOH-COOH和亲油基和亲油基C C1717H H3333- -。亲水基吸引。亲水基吸引FeFe3 3O O4

6、4,亲油基吸引煤油。油酸是表面活性剂亲油基吸引煤油。油酸是表面活性剂将将4.4.放石棉网上加热一小时，温度在放石棉网上加热一小时，温度在9090左右左右( (也可在水浴上也可在水浴上加热加热) )。这时溶液闻不到氨的气味，溶液体积减少到。这时溶液闻不到氨的气味，溶液体积减少到60-80ml60-80ml。往往5.5.的溶液中加入的溶液中加入100ml100ml煤油，搅拌，静置，可见黑色颗粒进入煤油，搅拌，静置，可见黑色颗粒进入煤油层煤油层将将6.6.溶液倒入分液漏斗，静置后放出下层水，从上口倒出液体磁溶液倒入分液漏斗，静置后放出下层水，从上口倒出液体磁铁铁1molL1-FeCl1molL1-F

7、eCl2 2 1.5mol L1-FeCl 1.5mol L1-FeCl3 3 1mol L1-NH 1mol L1-NH3 3HH2 2O O 油酸油酸 煤油煤油 酒精灯酒精灯 烧杯烧杯 玻璃棒玻璃棒 量筒量筒 石棉网石棉网 三角架三角架 分液漏斗分液漏斗 马蹄铁马蹄铁SNNSNSNSNSNSNS磁单极？磁单极？为电荷的量子化提供理论根据为电荷的量子化提供理论根据NS？（1 1）18201820年年7 7月月2121日，丹麦物理学家奥斯特在日，丹麦物理学家奥斯特在论文论文关于电冲击对磁针影响的实验关于电冲击对磁针影响的实验称：称：2 2、磁性的起源、磁性的起源 奥斯特奥斯特H. C. Oer

8、sted SNF-S+电子束电子束N 磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。一切磁现象的根源是电流的存在，磁性物质一切磁现象的根源是电流的存在，磁性物质的分子中存在着回路电流（称为的分子中存在着回路电流（称为“”），），每个分子电流相当于一个小磁针（称为每个分子电流相当于一个小磁针（称为“基元磁基元磁铁铁”）。物质的磁性决定于物质中分子电流对外）。物质的磁性决定于物质中分子电流对外界磁效应的总和。界磁效应的总和。0B运动运动电荷电荷磁场磁场3 3、磁场：、磁场：一种物质，具有物质的

9、一切属性，一种物质，具有物质的一切属性，例如例如, ,具有质量，动量，能量，具有波粒二象性。具有质量，动量，能量，具有波粒二象性。二二. . 磁感应强度磁感应强度 设带电量为设带电量为q，速度为速度为v的运动试探电荷处于的运动试探电荷处于磁场中，实验发现：磁场中，实验发现：运动运动电荷电荷1、3、电荷、电荷q沿磁场方向运动时，沿磁场方向运动时，F=02、F大小随大小随v变化变化4、电荷、电荷q垂直磁场方向运动时，垂直磁场方向运动时，F = Fmax在磁场中同一点，在磁场中同一点，Fmax/qv为一恒量，而为一恒量，而在不同的点上，在不同的点上， Fmax/qv的量值可能不同。的量值可能不同。v

10、F磁场方向磁场方向+qvBmaxFqvFBmax “高斯高斯”（G）TG4101 vFmax用矢量的矢积用矢量的矢积 表示表示实验中由小磁针的磁北极实验中由小磁针的磁北极N N的指向表示的指向表示人体磁场极弱，人体磁场极弱，如心电激发磁场如心电激发磁场约约3 31010-10-10T T。测测人体内磁场分布人体内磁场分布可诊断疾病，图可诊断疾病，图示磁共振图象示磁共振图象。地球磁场约地球磁场约5 51010-5-5T T。大型电磁铁磁大型电磁铁磁场可大于场可大于2 2T T。超导磁体能激超导磁体能激发高达发高达25T25T磁磁场；原子核附场；原子核附近可达近可达10104 4T T；脉冲星表面

11、高脉冲星表面高达达 10108 8T T一些磁场的大小：一些磁场的大小：条形磁铁周围条形磁铁周围三三. . 磁感应线磁感应线 1、磁感应线上任一点的切、磁感应线上任一点的切线方向，就是该点处磁感应线方向，就是该点处磁感应强度强度B的方向。的方向。2、垂直通过单位面积的磁感、垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该处磁感应强度应线条数等于该处磁感应强度B的大小。的大小。B dSdNB直线电流的磁感应线直线电流的磁感应线I圆电流的磁感应线圆电流的磁感应线I通电螺线管的磁感应线通电螺线管的磁感应线II通电螺绕环的磁感应线通电螺绕环的磁感应线8-3 毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律一一. . 毕奥毕奥萨伐尔（

12、萨伐尔（Biot-Savart）定律定律lIdr I,1rB 毕奥毕奥- -萨伐尔定律：萨伐尔定律：2sin4rIdldBo 24relIdBdro BdlIdrlIdlIdIP*lIdBdrlIdrBd24relIdBdBro 任意载流导线任意载流导线在点在点 P 处的磁感强度处的磁感强度+二二. . 运动电荷的磁场运动电荷的磁场设：设：n为单位体积里的电荷数为单位体积里的电荷数dtdQI 单个电荷激发的磁场单个电荷激发的磁场dlndNs24 revqdNBdBro24 relIdBdro24)(srevdlnqBdrolnqvsdlIdvvnqsdldtqnsvdtnqvs电流元内电荷数电

13、流元内电荷数运动电荷的磁感应强度公式：运动电荷的磁感应强度公式：24revqBrovv20),(sin4rrvqvB 大小：大小： 负电荷正电荷方向：rrevevr rr rBB三、三、 毕奥毕奥- -萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用1. 直线电流在任意点直线电流在任意点P的磁场的磁场d0ldllIdr20d4drelIBr的方向的方向：relIBdd204sindddrlIBB 的的大大小小：BBdABPBd204sindrlI 204sinddrlIBB 21dcos40dI 2220sec4cosdsecddIsecdr cossindsecd2dl tandl 204sinddrlIB

14、B 几何关系几何关系: （统一积分变量）（统一积分变量）方向：垂直于纸面向下l ld+BdlIdr21oPAB )sinsin(4120dI注意：注意：1、 1 ， 2 角角 1指的是指的是Po线与电流始端线与电流始端A的连线的夹角的连线的夹角 2指的是指的是Po线与电流末端线与电流末端B的连线的夹角的连线的夹角d+BIr12oPAB2、 1 ， 2 角的正负角的正负从从Po旋转到旋转到PA（或或PB)旋转方向与电流方向旋转方向与电流方向相同为正相同为正相反为负相反为负)sinsin(4B120dId+BI12oPABdB12oPI0021 0021 ABB+PdI12Ao0021 B讨论：讨

15、论：2, 221 dIB 20 2, 021 dIB 40 )sinsin(4120dIBdpI 1 2ABdPIAB 22. 圆电流轴线上任意点圆电流轴线上任意点P的磁场的磁场20sind4drlIB 20d4drlIBxyxlIdBdrRBdzPI由对称性：由对称性：0 zyBBxBBdrR sin222Rxr 2322202xRIRB lId30d4drrlIB xBdsindBdlrI20sin4R20RrI2sin420 90方向：沿轴线向右与方向：沿轴线向右与电流方向成右螺旋电流方向成右螺旋讨论讨论: (1)圆心处圆心处0 x 232202xRISB xyxlIdBdrRBdzPI

16、dBxlId(2)半圆环电流半圆环电流I在圆心处的在圆心处的B？1/4圆环时圆心圆环时圆心处的处的B？N度圆环度圆环B？ 2322202xRIRB 设：设：RIB2036020NRIB2RSSIpm若有若有N匝匝SNInNISpm mpS 232202xRISB (3)远离圆心处远离圆心处Rx 302 xISB302 xpBm302 xSIB3xpBm302 xSIB ：方向与电流：方向与电流成右手螺旋定则成右手螺旋定则S半径为半径为R的圆盘均匀带电，电荷密度为的圆盘均匀带电，电荷密度为 。若该圆盘以。若该圆盘以角速度角速度 绕圆心绕圆心o旋转，求轴线上距圆心旋转，求轴线上距圆心x处的磁感应处

17、的磁感应强度以及强度以及磁矩磁矩。232220)(2ddrxIrB qqId22dd rrqd2d rrIdd 232230)(2ddrxrrBB xxRxR22222220 rrrd2rrpmd3 RodrrRPxxBd. 2322202xRIRB 圆圆环环：dIrdpm2drr3441RR0R0)coscos(2120 nIB讨论讨论:(1)当螺线管为无限长时：当螺线管为无限长时：0,21nIB0 (此结果适用于此结果适用于整个整个螺线管内部螺线管内部)(2)“ 半无限长半无限长”螺线管一端螺线管一端0,22,2121 或或nIB021 . . . . .+12P0,21 3. 有限长载流螺线管轴线上有限长载流螺线管轴线上P点的磁场点的磁场n为单位长度上的匝数为单位长度上的匝数一一 理解恒定电流、电流密度和电动势理解恒定电流、电流密度和电动势概念。理解一段含源电路的欧姆定律。概念。理解一段含源电路的欧姆定律。（放在第