恒定磁场解读课件

第十一章恒定磁场11－3磁场、磁感强度11－4毕奥－萨伐尔定律11－5磁通量11－7带电粒子在磁场中的运动11－8截流导线在磁场中所受的力第十一章恒定磁场11－3磁场、磁感强度11－3磁场磁感强度一、磁场二、磁感强度11－3磁场磁感强度一、磁场一、磁场1．磁现象：每块磁铁都有两个磁极：南(S)极和北(N)极磁力：磁铁之间存在磁相互作用。磁铁之间的相互作用力。S极N极SN同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。一、磁场1．磁现象：每块磁铁都有两个磁极：南(S)极和北(N2．电流的磁效应：1820年7月奥斯特ISN同年9月安培2．电流的磁效应：1820年7月奥斯特ISN同年9月安培3．磁现象的本质：安培指出：电流是一切磁现象的根源。磁相互作用实质是电流之间的一种相互作用现象。磁铁的相互作用是由于磁铁内部存在着规则排列的分子电流的缘故。NS3．磁现象的本质：安培指出：电流是一切磁现象的根源。磁相互作4．磁场的性质：磁场的性质：电流周围空间存在的一种特殊物质。（1）力的性质：磁场对场中的运动电荷，载流导线，载流线圈、磁铁都会产生磁场力的作用；（2）能的性质：当载流导体在磁场中运动时，

磁场力要作功，表明磁场具有能量。磁场：运动电荷运动电荷磁场4．磁场的性质：磁场的性质：电流周围空间存在的一种特殊物质。二、磁感强度带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关.实验发现带电粒子在磁场中沿磁场方向运动时不受力。++二、磁感强度带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向当带电粒子垂直于磁场运动时受力最大.大小与无关当带电粒子垂直于磁场运动时受力最大.大小与单位：特斯拉+

磁感强度的定义：当正电荷垂直于特定直线运动时，受力将方向定义为该点的的方向.

磁感强度大小运动电荷在磁场中受力单位：特斯拉+磁感强度的定义：当11－4毕奥－萨伐尔定律一、毕奥—萨伐尔定律二、毕奥—萨伐尔定律应用举例11－4毕奥－萨伐尔定律一、毕奥—萨伐尔定律一、毕奥—萨伐尔定律

毕奥－萨伐尔定律：P*(电流元在空间产生的磁场)真空磁导率

任意载流导线在点P处的磁感强度磁感强度叠加原理一、毕奥—萨伐尔定律毕奥－萨伐尔定律：P*(电流元在空间12345678例判断下列各点磁感强度的方向和大小.+++1、5点：3、7点：2、4、6、8点：毕奥—萨伐尔定律12345678例判断下列各点磁感强度的方向和大小.+二、毕奥—萨伐尔定律应用举例(1)真空中圆电流轴线上的磁场(2)真空中直线电流周围的磁场——要求记住两条特殊形状的载流导线产生的磁感应强度的结论二、毕奥—萨伐尔定律应用举例(1)真空中圆电流轴线上的磁场真空中载流直导线I周围距导线为a的点P的磁感应强度。结论1无限长直导线：有限长直导线：r0POABI+真空中载流直导线I周围距导线为a的点P的磁感应强度。结论IB电流与磁感强度成右螺旋关系

半无限长载流长直导线的磁场

无限长载流长直导线的磁场*PIBXIB电流与磁感强度成右螺旋关系半无限长载流长直导线结论2真空中半径为R，电流强度为I的圆形载流导线轴线上任一点P的的磁感强度。IP*在圆心处：在轴线处：沿着圆电流轴线方向，与电流的绕向满足右手螺旋法则。B的方向：结论2真空中半径为R，电流强度为I的圆形载流导线轴线上任一例3：电流沿如图的导线流动(直线部分伸向无限远)，求O点的磁感应强度。OIRII①②③解：导线可划分成三部分。根据磁场的叠加原理：例3：电流沿如图的导线流动(直线部分伸向无限远)，求O点的磁第①部分：由于O点在直导线的延长线上，所以：第②部分： 是一个1/4圆弧，在圆心O处的磁感应强度的大小为：B2

的方向垂直于纸面向外。第①部分：由于O点在直导线的延长线上，所以：第②部分： 是一第③部分： 是一段直线电流，它在距导线为R的O点的磁感应强度大小为：B3

的方向垂直于纸面向外。由于B2与B3同向，B1=0，所以：B的方向垂直于纸面向外。第③部分： 是一段直线电流，它在距导线为R的O点的磁感应强oI（5）*

Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）x++oI（5）*Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（11－5磁通量一、磁感线二、磁通量11－5磁通量一、磁感线一、磁感线（磁场的图示法）规定：（1）磁感线上任一点的切线方向为该点的磁场方向；（2）通过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线数等于该点磁感强度的大小。QPBPBQdSen一、磁感线（磁场的图示法）规定：（1）磁感线上任一点的切线方几种电流磁场分布的实验现象及其磁感应线：直线电流II圆电流I几种电流磁场分布的实验现象及其磁感应线：直线电流II圆电流I直螺线管直螺线管磁感应线的特点：①在任何磁场中，每一条磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，无头无尾，好象涡旋一样。②磁感应线的环绕方向与电流方向之间可以分别用右手定则表示。③任意两条磁感应线在空间互不相交。磁感应线的特点：①在任何磁场中，每一条磁感应线都是环绕电流二、磁通量通过磁场中某一指定面积的磁感应线数目，

叫作通过该面积的磁通量。单位：韦伯(Wb)（1）均匀磁场通过平面的磁通量：均匀磁场B与平面S正交：SBen二、磁通量通过磁场中某一指定面积的磁感应线数目，

叫作通过均匀磁场B与平面S法线en的夹角为：SBen均匀磁场B与平面S法线en的夹角为：SBen（2）非均匀磁场通过给定面积S的磁通量：（2）非均匀磁场通过给定面积S的磁通量：11－7带电粒子在磁场中运动一、带电粒子在磁场中所受的力二、带电粒子在磁场中运动举例11－7带电粒子在磁场中运动一、带电粒子在磁场中所受的力一、带电粒子在磁场中所受的力洛仑兹力：洛仑兹力公式：+洛仑兹力大小：一、带电粒子在磁场中所受的力洛仑兹力：洛仑兹力公式：+洛仑兹洛仑兹力的方向：以右手四指由经小于的角弯向，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向.洛仑兹力的方向：以右手四指由经小于的讨论洛仑兹力：洛仑兹力大小：

（1）带电粒子受的洛仑兹力为零；带电粒子在磁场中作匀速直线运动。++二、带电粒子在磁场中的运动讨论洛仑兹力：洛仑兹力大小：（1）带电粒子受的洛仑兹力为（2）回旋半径作匀速率圆周运动回旋频率讨论洛仑兹力：洛仑兹力大小：

（2）回旋半径作匀速率圆周运动回旋频率讨论洛仑兹力：洛仑兹（3）

与不垂直螺距讨论洛仑兹力：洛仑兹力大小：

（3）与不垂直螺距讨论洛仑兹力：洛

例1一质子沿着与磁场垂直的方向运动,在某点它的速率为.由实验测得这时质子所受的洛仑兹力为.求该点的磁感强度的大小.解由于与垂直，可得问

1）洛仑兹力作不作功？2）负电荷所受的洛仑兹力方向？例1一质子沿着与磁场垂直的方向运动例如图所示，匀强电场E=200N·C-1和匀强磁场B=1.0×10-3T，二者方向互相垂直，电子的速度应为多大，才能在该空间作匀速直线运动？例如图所示，匀强电场E=200N·C-1和匀强磁场B=1.解：电子受到的电场力和洛仑兹力大小相等，方向相反才能作匀速直线运动，由解：电子受到的电场力和洛仑兹力大小相等，质谱仪：在均匀磁场中将电量相同而质量不同的同位素分离。

...................................................................-+速度选择器照相底片质谱仪的示意图7072737476锗的质谱质谱仪：在均匀磁场中将电量相同而质量不同的同位素分离。回旋加速器：利用荷质比相同的电荷在均匀磁场中具有相同的回旋频率的结论，通过一个同步交流电源将带电粒子不断加速到很高的速率。回旋加速器原理图NSBO~N回旋加速器：利用荷质比相同的电荷在均匀磁场中具有相同的回回旋加速器实例：1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室。此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖。回旋加速器实例：1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D回旋加速器实例：我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素。回旋加速器实例：我国于1994年建成的第一台强流质子加速应用电子光学,电子显微镜等.磁聚焦在均匀磁场中某点A发射一束初速相差不大的带电粒子,它们的与之间的夹角不尽相同,但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等,都相交于屏上同一点,此现象称之为磁聚焦.应用电子光学,电子显微镜等.11－8载流导线在磁场中所受的力一、安培力二、磁场对载流线圈作用的力矩11－8载流导线在磁场中所受的力一、安培力IB一、安培力磁场对载流导线的作用力——安培力（1）均匀磁场对直线电流的安培力：大小：矢量式：方向：与矢量矢积的方向相同。IB一、安培力磁场对载流导线的作用力——安培力（1）均匀磁(2)磁场对电流元的安培力：——安培定律的微分形式大小：(3)磁场对载流导线的安培力：——安培定律的积分形式方向：与矢量矢积的方向相同。(2)磁场对电流元的安培力：——安培定律的微分形式大小：(例1两无限长平行载流直导线间的相互作用单位长度导线的受力f例1两无限长平行载流直导线间的相互作用单位长度导线的受力

问若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？单位长度导线的受力f问若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？单位长二、磁场对载流线圈作用的力矩

M,NO,PMNOPI如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP二、磁场对载流线圈作用的力矩M,NO,PMNOPI如图MNOPI

M,NO,P线圈有N匝时（适用于任意线圈）MNOPIM,NO,P线圈有N匝时（适用于任意线圈）IB.....................IBB