稳恒磁场2PPT学习教案

1、会计学1 vvv/ vRT2qBmvR vvcos/ vvsin 运动轨迹是一螺旋线运动轨迹是一螺旋线Tvd/ 粒子运动一周所前进的距离叫做粒子运动一周所前进的距离叫做螺距螺距，用，用d d 表示表示3.带电粒子带电粒子q进入磁场的速度进入磁场的速度v与与B 成一夹角成一夹角 螺旋线的半径螺旋线的半径qBmvsin 螺旋线的周期螺旋线的周期qBm2 cos2qBmv dd 应用应用 电子光学电子光学 , 电子显微镜等电子显微镜等 . 磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点 A 发射发射一束初速相差不大的带电粒子一束初速相差不大的带电粒子, 它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不尽

2、相同不尽相同 , 但都较但都较小小, 这些粒子沿半径不同的螺旋线运动这些粒子沿半径不同的螺旋线运动, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点, 此现象称之为磁聚焦此现象称之为磁聚焦 . 0vB第1页/共27页带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在非均匀磁场中的运动B vvv/BqBmR1 v 与与 不垂直不垂直Bv为非均匀磁场为非均匀磁场B地磁场的磁约束作用地磁场的磁约束作用SN地磁场对来自宇地磁场对来自宇宙空间高能带电宙空间高能带电粒子的磁约束作粒子的磁约束作用用5 .115 .23磁北磁北极极地理地理北极北极地球地球轨道轨道平面平面质子质子电子电子第2页/共2

3、7页BdbeFmFqdvHUI1.霍耳效应和霍耳电势差霍耳效应和霍耳电势差quBqE HuBE HuBb nqdIBU HnqR1H 霍霍耳耳系系数数霍耳霍耳电势电势差差nqSIu nqbdI EbU HdIBRH 7.4.2 霍耳效应霍耳效应 第3页/共27页I+ + +- - -P 型半导体型半导体+-HUBmFdv2 霍耳效应的应用霍耳效应的应用2 2）测量磁场测量磁场dIBRUHH 霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型判断半导体的类型mF+ + +- - - N 型半导体型半导体HU-BI+-dvIRdUBHH 磁场磁场第4页/共27页7.4.3 回旋加速器回旋加速器 回旋加速器的基本

4、原理就回旋加速器的基本原理就是利用回旋频率与粒子速度无是利用回旋频率与粒子速度无关的性质关的性质 回旋半径回旋半径qBmvR 交变电场的周期交变电场的周期qBmT 2 离子的最终速率离子的最终速率mqBR v离子的动能离子的动能mRBqmEk2212222 v第5页/共27页B B与与I Id dl l 的夹角为的夹角为 B B与电子运动速度与电子运动速度 v 的夹角为的夹角为 电流元中电荷的总数为电流元中电荷的总数为电子所受的洛仑兹力电子所受的洛仑兹力l dISBlId v电流元电流元I Id dl l 受到的力受到的力d dF F大小为大小为 sinmBefv sindlBSnev sin

5、ddlBIF sindlBI 电流元电流元Idl在磁场在磁场B 中所受的中所受的力力d dF F 叫做叫做安培力安培力。1.1.安培力安培力lnSNdd NfFdd 7.4.4 安培定律安培定律 第6页/共27页BlId Fd长为长为 l l 的的长载流导长载流导线所受的安培力线所受的安培力BlIFFll ddBlIF dd2. 安培定律安培定律 sinddlBIF lIdBFd长长为为 l l 的的载流导线载流导线在均匀磁在均匀磁场场 B 中中所受的安培力所受的安培力Bl IF sinIlBF 大小大小：IlBF max,90 方向方向: :右手定则右手定则方向方向: : 右手定则右手定则

6、I与与B 垂直垂直 B第7页/共27页例例 1 设在真空中有两根相距为设在真空中有两根相距为d 的无限长平行直导的无限长平行直导线，线， 分别通以电流分别通以电流 I1 和和 I2 ，且电流的流向相同，且电流的流向相同，试求单位长度上的导线所受的安培力为多少？试求单位长度上的导线所受的安培力为多少？1I2Id12B21B12dF22dlI 11dlI21dF解：解：dIB21012 sindd221212lIBF 1sin,90 dlIIlIBF2ddd2210221212 dIIlF2dd210212 dIIlF2dd210121 同理可得同理可得第8页/共27页国际单位制中国际单位制中电流

7、单位安培电流单位安培的定义的定义在真空中两平行长直导线相距在真空中两平行长直导线相距 1m ，通有大小相等、方向相，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为度上的吸引力为 时，规定这时的电流为时，规定这时的电流为 1A. .17mN102 17mN102 问问 若两直导线电流方向相反二者之间的作用力若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？如何？dIIlFlF2dddd210212121 1I2I12B21B12dF21dFd270AN104 第9页/共27页PxyoIBLFd0d00 yBIjBILFFy yyFFdBlIF dd sinddF

8、Fx 解解 取一段电流元取一段电流元lId cosddFFy 结论结论 任意平面载流导线在任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力均匀磁场中所受的力 , , 与其与其始点和终点相同的载流直导线始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同所受的磁场力相同. .例例2 求求 如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知受的力，已知 B 和和 I. .lId sindlBI yBId cosdlBI xBId xxFFdBILxBIL 0dlBIFdd 第10页/共27页7.4.5 电磁轨道炮电磁轨道炮 抛射物抛射物导电溶体导电溶体导电轨道导电轨道 轨道炮是一个

9、在短时间内利用磁场力把抛射轨道炮是一个在短时间内利用磁场力把抛射物加速到高速的装置当太阳能电池等设备产生物加速到高速的装置当太阳能电池等设备产生的强大电流沿两条平行的导体轨道之一送出，流的强大电流沿两条平行的导体轨道之一送出，流过两轨道之间的导电过两轨道之间的导电“溶体溶体”（如窄铜片），然（如窄铜片），然后沿第二条轨道回到电流源后沿第二条轨道回到电流源第11页/共27页2Rw导电气体导电气体III Bx RwRIdxBF2RRwI ln20 RwRdxIxI 220 把待发射的抛射物平把待发射的抛射物平放在溶体的前面并松弛地放在溶体的前面并松弛地嵌在两轨道之间电流一嵌在两轨道之间电流一通入，

10、溶体立刻熔化并汽通入，溶体立刻熔化并汽化，在轨道间形成导电气化，在轨道间形成导电气体导电气体所受磁场力体导电气体所受磁场力的近似大小为的近似大小为 第12页/共27页)sm(101 . 127 mFa抛射物由静止被发射后所获得的加速度抛射物由静止被发射后所获得的加速度 ) skm(4 . 92 aLv物体离开轨道时的速度物体离开轨道时的速度为为 此速度完全可以满足太空发射物体的需此速度完全可以满足太空发射物体的需要，电磁轨道炮将在未来太空探索中发挥越要，电磁轨道炮将在未来太空探索中发挥越来越大的作用来越大的作用cm6 Rcm12 wkA500 I例，当例，当m4 L时时g10 m第13页/共2

11、7页矩形载流线圈矩形载流线圈MNOP，通以电流，通以电流 I21FF 22BIlF 11FF sin)sin(111BIlBIlF 抵消抵消 磁场作用在线圈上的力矩磁场作用在线圈上的力矩M的大小的大小为为 线圈有线圈有N 匝时匝时 sinNBISM neNISSNIm 矢量式矢量式BmM 1. . 磁力矩磁力矩 sinmB 7.4.6 均匀磁场对载流线圈的作用均匀磁场对载流线圈的作用 caIdb ne2F2F 1F1F 1l2lB coscos2cos2211212llBIlFlFM sin)2cos(21BISllBI 载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩第14页/共27页力矩总是使线圈的磁矩力矩总

12、是使线圈的磁矩m转到磁感应强度转到磁感应强度B 的方向。的方向。稳定平衡稳定平衡力矩最大力矩最大不稳定平衡不稳定平衡BmM max2MM 00 M 0 M 2.磁力矩对的磁矩磁力矩对的磁矩m作用作用BmM/, 0, 0 BmmBM ,90 )/(, 0,180BmM FIBBFIBFIF 结论结论: : 均匀均匀磁场中，任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭合性闭合平平面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0 FBmM sinmBM 大小大小:方向方向: 右手定则右手定则第15页/共27页I IBRyzQJKPox例例3 如图所示如图所示, ,半径为半径为R，电流为，电流为I，可绕，可

13、绕 Oy轴旋转的圆轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中形载流线圈放在均匀磁场中 ，磁感应强度的大小为，磁感应强度的大小为B，方向沿方向沿x轴正向轴正向. . 问：线圈受力情况怎样？问：线圈受力情况怎样？ 线圈所受的线圈所受的磁力矩又为多少？磁力矩又为多少？解解 把线圈分为把线圈分为JQP和和JKP两部分两部分 kRBIFJQP)2( kRBIFJKP)2( x d0 PKJJOPFFFlId dsind22IBRM MMdkRIm2 iBB BmM FxMdd sinRx mBRIB 2 ddRl 以以Oy为轴，为轴， 所受磁力矩大小所受磁力矩大小lId sindlBxI 2022dsin IB

14、RikBRI 2jBRI2 第16页/共27页 有一根导线长有一根导线长L，载有电流，载有电流I，如果把这根导线，如果把这根导线弯成一个圆形线圈。求当线圈只有一匝时，它在给弯成一个圆形线圈。求当线圈只有一匝时，它在给定的磁场定的磁场 B 中所受到的最大力矩。中所受到的最大力矩。 课课 堂堂 练练 习习第17页/共27页2.磁介质中的磁场磁介质中的磁场BBB 0处于磁场中的磁介质产生附加磁场，使原有的磁处于磁场中的磁介质产生附加磁场，使原有的磁场发生变化的现象叫做磁介质的磁化。场发生变化的现象叫做磁介质的磁化。1.磁介质的磁化磁介质的磁化在各向同性的磁介质中在各向同性的磁介质中0rBB r r

15、叫做磁介质的叫做磁介质的相对磁导率相对磁导率. .外磁场外磁场 B0附加磁场附加磁场B介质中的总介质中的总磁感应强度磁感应强度7-5 磁介质中的磁场磁介质中的磁场7.5.1 磁介质的分类磁介质的分类 第18页/共27页3. 磁介质的分类磁介质的分类 顺磁质：顺磁质：B 与与B0方向相同，方向相同， r1, B B0抗磁质：抗磁质：B 与与B0方向相反，方向相反， r1, BB0顺磁质具有的磁性叫做顺磁性。顺磁质具有的磁性叫做顺磁性。抗磁质具有的磁性叫做抗磁性。抗磁质具有的磁性叫做抗磁性。铁磁质所具有的磁性叫做铁磁性。铁磁质所具有的磁性叫做铁磁性。如氧、锰、铬等如氧、锰、铬等。如铜、铋、锑及惰性

16、气体如铜、铋、锑及惰性气体。如铁、镍、钴及某些合金。如铁、镍、钴及某些合金。顺磁质顺磁质 抗磁质抗磁质铁铁磁质磁质弱磁质弱磁质强磁质强磁质第19页/共27页(1)分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩sim m是分子中各个电子轨道磁矩、电子自旋磁矩的总和是分子中各个电子轨道磁矩、电子自旋磁矩的总和。分子电分子电 i 流流m4.顺磁质的磁化顺磁质的磁化分子磁矩分子磁矩(2) 顺磁质的磁化顺磁质的磁化顺磁质的磁化是分子磁矩取向磁化顺磁质的磁化是分子磁矩取向磁化。 无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场0BBBB 0顺磁质内的磁场顺磁质内的磁场i分子磁矩分子磁矩: :0 m第20页/共27页1.磁磁化电流化

17、电流 II 均匀的磁介质，内部各点处均匀的磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消的小分子电流会相互抵消, , 表面上的小分子电流没有抵表面上的小分子电流没有抵消，它们方向相同，相当于消，它们方向相同，相当于在表面上有一层表面电流。在表面上有一层表面电流。这种未被抵消的这种未被抵消的表面电流称表面电流称为磁化电流（束缚电流）为磁化电流（束缚电流）, ,记记作作I I 。BIIII 顺磁质的磁化电流产生的磁场顺磁质的磁化电流产生的磁场是加强磁介质内部原磁场的。是加强磁介质内部原磁场的。抗磁质的磁化电流产生的磁场抗磁质的磁化电流产生的磁场是削弱磁介质内部原磁场的。是削弱磁介质内部原磁场的。磁化电流

18、只能产生磁效应磁化电流只能产生磁效应, ,能激能激发磁场，不具有热效应发磁场，不具有热效应. .7.5.2 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理第21页/共27页nIB00 InB 0 BBB 0nIBBrr 00 IIr)1( nIIInIInlBrrL 000) 1()(d nInIlBrL 0dMIIabdc2.磁磁化电流与传导电流的关系化电流与传导电流的关系 3. 磁介质的磁导率磁介质的磁导率 r0 叫做磁介质的绝对磁导率叫做磁介质的绝对磁导率, , 简称为简称为磁导率磁导率第22页/共27页 ilIlHd4. 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 ilIlBd 磁场强

19、度磁场强度 H 沿任一沿任一闭合回路闭合回路的线积分等于该闭合的线积分等于该闭合回路所包围的传导电流的回路所包围的传导电流的代数和代数和, ,这就是磁介质中这就是磁介质中的安培环路定理。的安培环路定理。磁介质中的安磁介质中的安培环路定理培环路定理HHBr 0 在真空中在真空中, , r r=1=1000HB 或或000 BH nIlBL d BH 令令叫做磁场强度叫做磁场强度 的单位为的单位为 -1mA H第23页/共27页Ir1R例例4 有两个半径分别为有两个半径分别为 R1 和和 R2 的的“无限长无限长”同轴同轴圆柱面形导体，在它们之间充以相对磁导率为圆柱面形导体，在它们之间充以相对磁导率为 r 的的磁介质磁介质. .当两圆筒通有相反方向的电流当两圆筒通有相反方向的电流 I 时，试求同时，试求同轴圆柱面各区域轴圆柱面各区域的磁感强度的磁感强度B 的大小的大小解：解：对称性分析对称性分析 ilIlHdiIrH 2rIH2 rIHBi2 rI2R,0,1 iIRr0, 0 HBH 0,0 HBH 21RrR rIHB2r0 2Rr 0, II