大一下医用物理07第七章-1255

1、第七章 磁场与电磁感应本章习题 P2077-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7, 7-8, 7-9, 7-10, 7-11（选做）重要的物理量重要的常数本章主要内容电流产生的磁场：毕奥毕奥.萨伐尔定律萨伐尔定律、安培环路定理安培环路定理磁场对电流（运动电荷、载流导线）的作用物质的磁性电磁感应7.1 磁场 磁感应强度7.2 磁场对运动电荷的作用力7.3 磁场对载流导线的作用7.4 物质的磁性7.5 电磁感应7.6 电磁场理论第一节 磁场 磁感应强度电场线电场线 电通量电通量高斯定理高斯定理静电场的环路定理静电场的环路定理电场和电场强度电场和电场强度库仑定律库仑定律 点

2、电荷点电荷电流元电流元 7.1.1 磁场磁场 7.1.2 磁感应强度磁感应强度 7.1.3 毕奥毕奥- -萨伐尔定律萨伐尔定律 7.1.4 磁感线磁感线 磁通量磁通量 7.1.5 安培环路定理安培环路定理第一节 磁场 磁感应强度7.1.1 磁场(magnetic field)运动电荷运动电荷磁铁磁铁运动电荷运动电荷磁铁磁铁磁场磁场(1)磁场存在于电流或运动电荷周围(2)磁场对电流或运动电荷有作用力(3)磁场具有物质的属性，具有能量带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关。实验发现 (1) 带电粒子在磁场中沿某一特定直线方向运动时不受力，此直线方向与电荷无关；而在其它方向运动，均受力。xyzo

3、0Fvv+7.1.2 磁感应强度 (magnetic induction)xyzo0Fvv+vvmaxF单位：特斯拉+qvBmaxF 高斯IP*真空磁导率： 270AN104lIdBdrlIdrBd毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律(电流元在空间产生的磁场)7.1.3 毕奥-萨伐尔定律 (Biot-Savart law)12345678lId 例例 判断下列各点磁感强度的方向和大小。R+lIdrBd毕奥毕奥萨伐尔定律：萨伐尔定律：oo毕奥毕奥萨伐尔定律：萨伐尔定律：yxzoCDIP0r21rzdIzBd 无限长载流长直导线的磁场 半无限长载流长直导线的磁场rIoPBrIPBrPB讨论I无限长载流长直

4、导线的磁场 电流与磁感强度成右手螺旋关系X X 例例7-2 7-2 圆电流的磁场。 BxxBxoIPR偶极子偶极子+q-qlPrE讨论oI2R1R（5）* Ad（4）*o（2）RIIRo（1）RIB200+RIB4001010200444RIRIRIBdIBA40 x0BR（3）oIRIB800+讨论BI电流环右手螺旋BI+ + + + + + + +pR+ +* 例例 载流直螺线管的磁场解：解：由圆形电流磁场公式由圆形电流磁场公式oxxdxop1xx2x+ + + + + + + + +21R(2) 无限长的无限长的螺线管螺线管 (3) 半无限长半无限长螺线管螺线管1. 磁感线 (magne

5、tic induction line)IIISNB 7.1.4 磁感线 磁通量磁感线的性质(1) 磁感线都是围绕电流的闭合曲线(或两头伸向无穷远)。(2) 磁感线不会相交。(3) 曲线的疏密程度表示该点的磁感强度B B 的大小。 7.1.4 磁感线 磁通量SNB通过某一曲面的磁感线数为通过此曲面的磁通量BsSdB2. 磁通量 磁场的高斯定理BS物理意义：物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零 （磁场是无源的）1dS11B2dS22B 磁场高斯定理磁场高斯定理l1d2dIxoBxdxRloIBld 载流长直导线的磁感强度为从特殊回路入手从特殊回路入手 7.1.5 安培环路定理oIRBldll

6、若回路绕向为顺时针时，则对任意形状的回路：rBldIdIl电流在回路之外电流在回路之外rBdlCDd以上结果对任意形状的闭合以上结果对任意形状的闭合电流（伸向无限远的电流）电流（伸向无限远的电流）均成立。均成立。多电流情况1I2I3Il安培环路定理代数和代数和空间中任意一点空间中任意一点3I2I1IL1I1I讨论讨论安培环路定理安培环路定理IL2RBpaLA BDC与长直载流螺线管内磁场相同横截面图R横截面图RRI1Lr2LrBRorRBRor无限长载流圆柱面无限长载流圆柱面无限长载流圆柱体无限长载流圆柱体根据磁场分布的对称性选择合适的闭合路径小结mFqBvxyzoBmFBqEqFv运动电荷在

7、电场和磁场中受的力qvmsinFq vB大小：大小：第二节 磁场对运动电荷的作用力7.2.1 洛伦兹力（Lorentz force）The Electromagnetic Hall effect1897年，E. H. Hall在均匀的磁场中放入通有电流的导体或半导体薄片，使薄片平面垂直于磁场方向，这时在薄片的两侧产生一个电势差，这种现象叫霍耳效应，产生的电势差称为霍耳电势差。7.2.2 霍耳效应（Hall effect）AAU+ + + + + - - - - -+dvqbdIBdIBRUHH霍耳电压霍耳电压nqR1H霍耳系数霍耳系数eFmFbUqqEBqAA dvAAIBUnqd霍耳效应 (

8、Hall effect)BbUdAAvbdqnSqnIddvv霍耳效应的应用2）测量磁场1）判断半导体的类型P 型半导体N 型半导体BI+_HU+mFdv+ + +_ _ _B_ _ _+ + +mFIHU+_dvdIBRUHH霍耳电压霍耳电压量子霍尔效应510152003004001000(T)BH(mV)U2n3n4nH2kHRUhRInen ),2, 1(n 霍耳电阻 冯克利青常数 的测定值可以精确到 ，所以量子霍耳效应被用来定义电阻的标准。kR1010例带电粒子在磁场中运动RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRT220vmqBT21回旋半径和回旋频率v 洛仑兹力对运动电荷不做功。

9、v 洛仑兹力只改变运动电荷的速度方向，不改变其速度的大小；只改变其动量，不改变其动能。应用：回旋加速器qBmR0vqBmRT220vFqBv正电子的发现C.D.安德森 (1905-1991) (Carl David Anderson)美国加州理工学院实验物理学家1932年发现正电子1936年诺贝尔物理学奖vB Bvcos/vv sinvv/vv磁聚焦应用: 电子光学，电子显微镜等。质谱仪示意图 质谱仪质谱仪00qBBqBqBmEERRRBv7072 73 74 76锗的质谱0BqqEvRmBq2vvB0B2s1s1p2p_+3s速度选择器照相底片.1. 磁感应强度磁感应强度IvqFBmax大小：vmaxF方向：通过运动的正电荷在磁场中的受力来定义2. 毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律02dd4rI