高二物理竞赛磁场习题课件

第十章磁场§10-2恒定电流§10-4恒定磁场中带电粒子的运动§10-5物质的磁性本章内容：本章重点：磁场和磁力的计算本章难点：矢量、积分、场概念§10-3恒定电流的磁场§10-4恒定磁场中带电粒子的运动一磁场对带电粒子的作用力二霍尔效应三载流导线在磁场中所受的力四磁场对载流线圈的力矩五磁力的功本节内容：F=BIl载流导线在均匀磁场中运动时磁力所作的功载流导线AB在均匀磁场所受的磁力：lCDABIFA'B'五磁力的功设电流I保持不变，磁力的功：×·载流线圈在磁场中转动时磁力矩所作的功见P254例题10－23《拓展》P69－8磁场中介质的磁化有磁介质时磁场的安培环路定理本节内容：§10-5物质的磁性介质对场有影响，总场顺磁质抗磁质铁磁质一磁场中介质的磁化B0IIIIB1.磁介质分类真空充入介质发现：当介质均匀充满时：定义相对磁导率：分类B与B0无简单关系每个分子等效一个圆电流2.磁介质的磁化机理(半经典)每个分子的固有磁矩核——自旋磁矩电子轨道磁矩自旋磁矩三者矢量和是原子核的自旋磁矩比电子的自旋磁矩小3个数量级，一般情况下可不予考虑。顺磁质：固有磁矩无外磁场时，分子热运动导致磁矩无序排列,整体不显磁性有外磁场B0时，在作用下，整体转向顺磁质抗磁质自旋角动量对应的磁矩轨道角动量对应的磁矩进动相当于(等效)圆电流。其附加磁矩总是与外磁场方向相反.轨道角动量绕磁场旋进.抗磁质固有磁矩有外磁场B0时，－-e－-e感生磁矩3.磁化电流均匀磁化形成面电流,称为安培表面电流或磁化面电流.4.磁化强度—单位体积内分子固有磁矩与附加磁矩的矢量和.

以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例可以证明5.磁化强度与磁化电流的关系磁介质稳恒磁场磁介质磁化磁介质表面产生磁化电流I磁介质内部产生磁极化场二有磁介质时磁场的安培环路定理考虑到介质的磁化电流，安培环路定理应修改为:定义磁场强度:单位:A/m1.磁场强度2.介质中磁场基本规律安培环路定理:3.三者的关系普遍情形：对于各向同性的磁介质：在磁场中沿任一封闭路径磁场强度H的环流等于该路径所包围的传导电流的代数和。

两根长直导线通有电流I，如图所示有三个环路L1,L2,L3,试问环流A.B.C.0D.E.L1L2L3II#1a0603021a下列说法中正确的是：A.

若闭合曲线L内没有包围传导电流，则曲线L上各点的H必为零B.闭合曲线L上各点的H为零，则该曲线所包围的传导电流的代数和为零C.H仅与传导电流有关D.对于抗磁质，B与H不一定同向。#1a0603022a传导电流分布对称情况下求H磁介质均匀情况下求B=μ0μrH4.磁介质存在时安培环路定理的应用R1R2IIμ例半径为R1的无限长圆柱导线均匀通有电流I,外面有半径为R2的同轴圆柱面,通反向电流I,两导体之间充满磁导率为的磁介质,求磁场的分布。μr1L1解:分析磁场分布的对称性：(1)在两导体之间的磁介质内取回路L1,根据有介质时的环路定理:

轴对称。(2)在圆柱体内取回路L2.根据有介质时的环路定理:

在圆柱面外取回路L3.根据有介质时的环路定理:

R1R2IIμμL2r2L3r3Br0磁场与介质的相互作用(要掌握)B’由磁化面电流产生磁化强度1.磁场强度定义:2.介质中磁场基本规律安培环路定理:3.对于各向同性的磁介质：稳恒磁场习题课稳恒电流的磁场(静磁场）高斯定律电流元毕--萨-拉定律整段电流的磁场安培环流定律应用举例：

1、直线电流：有限长=>无限长

2、圆电流

3、载流直螺线管应用举例：

1、均匀载流长直圆柱体（面）；2、载流直螺线管、螺绕环

3、无限大均匀载流平面B的通量B的环流与介质相互作用磁场施力于1.运动电荷2.载流导线3.载流线圈磁力的功：洛仑兹力安培力霍尔效应：圆心处

=>无限长推广:一段圆弧电流在圆心处的磁感应强度几种常见电流的磁场分布规律=>半无限长有限长(1)直线电流的磁场I(2)圆形电流的磁场轴线上一点处：⑶载流直螺线管的磁场有限长：无限长：⑷均匀载流长直圆柱体的磁场(7)无限大均匀载流平面的磁场.dll...............PL12B内=0(5)均匀载流长直圆柱面：(6)载流螺绕环：

单位长电流为i1.磁感应强度的定义：(1)大小:B=Fm/qv(2)方向:磁场的方向,即小磁针N极的指向2.毕奥—萨伐尔定律：3.磁场叠加原理：或基本概念和规律4.磁场中的高斯定理：5.安培环路定理6.几种常见电流的磁场分布规律(1)直线电流的磁场有限长：无限长：(2)圆形电流的磁场轴线上一点处：圆心处：⑶载流直螺线管的磁场有限长：无限长：⑷均匀载流长直圆柱体的磁场(5)无限大均匀载流平面的磁场⑹运动电荷产生的磁场7.载流导线在磁场中所受的力——安培定律8.载流平面线圈在均匀磁场中所受的磁力矩其中：面电流密度9.运动电荷在外磁场中所受的磁力——洛仑兹力电磁场对运动电荷的作用力10.霍尔效应：11.磁力的功若I为常量12.磁场强度H的环路定理:在磁场中沿任一封闭路径磁场强度H的环流等于该路径所包围的传导电流的代数和。即13.在各向同性非铁磁质中同一点处，B与H的关系为课堂讨论题3.在真空中无电流区域内，设有如图所示的三种磁场，试根据稳恒电流产生磁场的基本定理判断它们是否存在？利用高斯定理和安培环路定理证明不存在不存在存在4.ab为稳恒电流I的一直线段,现以O为圆心,OP为半径，在垂直于电流的平面内做一圆形回路L,试计算磁感应强度沿L回路的积分,为什么这一结果与安培环路定理的结论答:不一致？若ab穿过回路L的平面,结果如何？从中可以得到什么结论？LIaboP有限长电流的磁场的环路积分不符合安培环路定理,说明安培环路定理的适用条件是稳恒的闭合电流的磁场。9.不对！H由传导电流和磁化（束缚）面电流共同产生。10.顺磁质抗磁质铁磁质分类0BHIIIIII铁磁质顺磁质抗磁质四.基本能力训练题（一）填空题qR运动一周的时间：等效圆电流强度：等效圆电流的磁矩：－eDB2.1.R3.a2aBA、B、C受力F1、F2、F3F1：

F2：F3＝7：8：155.方向：方向：大小：大小：8.补充：氢原子中，电子绕核沿半径为r的圆周运动，它等效于一圆形电流。设电子的质量为me，电子电荷的绝对值为e。其等效圆电流的磁矩大小Pm与电子轨道运动的角动量大小L之比——er解：圆电流强度磁矩大小：角动量大小：如果外加一个磁感应强度为B的磁场，其磁感应线与轨道平面平行，磁力矩为——erB磁力矩:解：库仑力提供圆周运动的向心力：9.补充将一个Pm的闭合回路移出均匀磁场B的范围之外，外力必须做功——解：解:用补偿法大圆柱电流在P点的磁感应强度可以有下式求出（安培环路定理）小圆柱电流在P点3.一长直导线具有半径为R的圆截面,通有电流I0，在导体内有一半径为a的圆柱形孔,