大学物理磁场-课件

第10章稳恒磁场1ppt课件1、17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！10.1磁场磁感应强度一、磁力与磁现象2、1820年奥斯特实验：实验表明，电流可以对磁铁施加作用力。二、物质磁性的起源—安培分子电流假说组成磁铁的最小单元（磁分子）就是环形电流。

电流磁场电流2ppt课件运动电荷运动电荷磁场二磁感强度的定义+

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某一特定直线方向运动时不受力，此直线方向与电荷无关.+3ppt课件

带电粒子在磁场中沿其他方向运动时

垂直于与特定直线所组成的平面.

当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时受力最大.q

沿此直线运动时大小与无关4ppt课件

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.

磁场服从叠加原理磁感强度大小单位T或Gs

1Gs=10–4T+5ppt课件6ppt课件真空磁导率叠加原理10.2毕奥-萨伐尔定律P*毕奥-萨伐尔定律大小：7ppt课件l21例题求：直线电流的磁场分布。I方向0-lL

则

1=02=方向：右手定则

无限长半无限长延长线上：8ppt课件求：圆电流轴线上的磁感应强度。例题对称性分析：Ip*9ppt课件xRxI10ppt课件

3）2）

的方向不变(

和

成右螺旋关系）1）若线圈有匝讨论*11ppt课件▲一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。RIab方向解：Idlθ12ppt课件oI（5）*

Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）x13ppt课件++++++++++++pR++*例载流直螺线管的磁场

如图所示，有一长为l,半径为R的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为N，通有电流I.设把螺线管放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度.解由圆形电流磁场公式o14ppt课件op+++++++++++++++15ppt课件

讨论（1）P点位于管内轴线中点若16ppt课件(2)无限长的螺线管

（3）半无限长螺线管或由代入xBO17ppt课件例题I宽度为a

的无限长金属平板，均匀通电流I，将板细分为许多无限长直导线每根导线宽度为dx通电流解：建立坐标系x所有dB

的方向都一样：求：图中P点的磁感应强度。Pd0x·Pd18ppt课件用相同的导线组成的一导电回路，由半径为R的圆周及距圆心为R/2的一直导线组成如图，若直导线上一电源，且通过电流为I，则圆心Ｏ处的磁应强度B的大小为：()

(A)0I/(2R)

(B)0

(C)0I/(2R)

/)(D)0I/(2R)(1+(C)19ppt课件圆弧部分在O点处的磁场：圆弧部分在O点处的磁场：直线部分在O点处的磁场：20ppt课件一、磁感应线I1、定义：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度的方向，通过某点处垂直磁场方向的单位面积上的磁感线数目等于该点磁感强度的大小。2、磁感应线特点(1)无头无尾的闭合曲线.(2)任何两条磁感线在空间不会相交;(3)磁感线的方向与电流的流向遵守右手螺旋法则。10.3磁场的高斯定理和环路定理21ppt课件二、磁通量1、定义通过磁场中某一曲面的磁感线数叫做通过此曲面的磁通量。2、计算式对闭合曲面,规定外法线方向为正3、单位韦伯Wb22ppt课件三、磁场高斯定律定律叙述：通过磁场中任意闭合曲面的磁通量等于零。定律说明：(1)是总的磁感强度,虽然在S面上的通量为零,但在S面上不一定为零。(2)该定律表明了磁场是一种无源场。23ppt课件1、在磁感应强度为B的均匀磁场中作一半径为r的半球面S,S边线所在平面的法线方向单位矢量与B的夹角为α，则通过半球面S的磁通量大小为：(D)课堂练习24ppt课件

2、如图长直导线载有电流I，则穿过与其共面的矩形面积CDEF的磁通量为.25ppt课件四安培环路定理o

设闭合回路为圆形回路（与成右螺旋）

载流长直导线的磁感强度为26ppt课件o若回路绕向化为逆时针时，则对任意形状的回路

与成右螺旋27ppt课件电流在回路之外28ppt课件

多电流情况

以上结果对任意形状的闭合电流（伸向无限远的电流）均成立.

安培环路定理29ppt课件安培环路定理

即在真空的稳恒磁场中，磁感应强度沿任一闭合路径的积分的值，等于乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和.

电流

正负的规定：与成右螺旋时，为正；反之为负.注意30ppt课件

问1）是否与回路外电流有关？2）若，是否回路上各处？

是否回路内无电流穿过？31ppt课件静磁场高斯定理环路定理涡旋场无源场磁荷（磁单极）不存在电流以涡旋方式激发磁场32ppt课件思考题为什么两根通有大小相等方向相反电流的导线扭在一起能减小杂散磁场？33ppt课件由安培环路定理有：，但并不能说导线外的任一点B＝0，只有当两导线成具有高度对称性时（如同轴电缆），B＝0，因此，当把两导线扭在一起时，可增加对称性，以减小导线外的B，即减小杂散磁场34ppt课件两根长直导线通有电流I，图示有三种环路；在每种情况下，

（对于环路a）；

（对于环路b）；

（对于环路c）。μ0I02μ0I课堂练习35ppt课件

如图所示，两根直导线ab和cd沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上，稳恒电流I从a端流入而从d端流出，则磁感应强度沿图中闭合路径L的积分等于[]

(A)

(B)

(C)

(D)

(D)36ppt课件二、安培环路定理的应用——用来求解具有高度对称的磁场例题求：无限长圆柱面电流的磁场ILRr解：对称性分析——磁感应线是位于垂直平面上的同心圆，选环路37ppt课件例2无限长载流圆柱体的磁场解1）对称性分析2）选取回路.38ppt课件

的方向与成右螺旋39ppt课件求：均匀密绕无限长直螺线管的磁场（已知n、I）对称性分析螺旋管内为均匀场,方向沿轴向,外部磁感强度趋于零，即.例题40ppt课件——与轴平行！解：对称性分析——管内垂轴平面上任意一点垂直平面有限长的螺线管当L>>R，在中部也有此结果在端部

41ppt课件练习.电流I均匀流过半径为R的圆形长直导线,试计算单位长度导线通过图中所示剖面的磁通量。

解由安培环路定理42ppt课件解：视为无限多平行长直电流的场。分析求场点P的对称性做

po垂线，取对称的长直电流元，其合磁场方向平行于电流平面。因为电流平面是无限大，故与电流平面等距离的各点B的大小相等。在该平面两侧的磁场方向相反。无数对称元在

P点的总磁场方向平行于电流平面。例.设电流均匀流过无限大导电平面，其面电流密度为j（即指通过与电流方向垂直的单位长度的电流）。求导电平面两侧的磁感应强度。43ppt课件作一闭合回路如图：bc和da两边被电流平面等分。ab和cd

与电流平面平行,则有在无限大均匀平面电流的两侧的磁场都为均匀磁场，并且大小相等，但方向相反。方向如图所示。44ppt课件电场力磁场力（洛仑兹磁力）+运动电荷在电场和磁场中受的力一、洛仑兹力10.4磁场对运动电荷的作用力方向：即以右手四指指向V由经小于180°的角弯向B，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹磁力的方向.45ppt课件二带电粒子在均匀磁场中的运动1.回旋半径和回旋频率46ppt课件2

.一般情形（洛仑兹力不做功）洛仑兹力

与不垂直螺距47ppt课件

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.48ppt课件霍耳效应3.霍耳效应49ppt课件I霍耳电压霍耳系数++++

+

+-----50ppt课件

量子霍尔效应（1980年）

霍耳电阻霍耳电压51ppt课件I++++---P型半导体+-霍耳效应的应用2）测量磁场霍耳电压1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-52ppt课件

练习：

一块半导体样品的体积为a×b×c，如图所示，B均匀，测得样品薄片两侧电势差V1-V2=V12>0，则（）(A)此样品是P型半导体(B)此样品是n型半导体(C)载流子类型无法判断(B)zBbac12I53ppt课件S一安培定律洛伦兹力

安培定律

磁场对电流元的作用力10.5磁场对电流的作用54ppt课件

有限长载流导线所受的安培力

安培定律

意义磁场对电流元作用的力，在数值上等于电流元的大小、电流元所在处的磁感强度大小以及电流元和磁感应强度之间的夹角的正弦之乘积,垂直于和所组成的平面,且与同向.55ppt课件PL解取一段电流元

结论任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力,与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.

例求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知和.56ppt课件如图所示，在真空中有一半径为a的3/4圆弧形的导线，其中通以稳恒电流I,导线置于均匀磁场B中，且B与导线所在平面垂直，则该截流导线bc所受的磁力大小为aaOIBcb57ppt课件

M,N

O,PMNOPI二磁场作用于载流线圈的磁力矩如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP⊙58ppt课件线圈有N匝时MNOPI

M,N

O,P⊙59ppt课件IB.....................IBB++++++++++++++++++++++++

I稳定平衡不稳定平衡讨论1）方向与相同2）方向相反3）方向垂直力矩最大60ppt课件

结论:均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为与

成右螺旋0pqq==稳定平衡非稳定平衡

磁矩61ppt课件I1CFDEI2abl解：I1产生的磁场为：CD：方向向左EF：方向向右例、如图，长直导线中通有电流I1，在矩形线圈中通过电流为I2，直导线和线圈共面。图中a、b、l视为已知。求长直导线电流的磁场作用在矩形线圈上各边受力以及合力和合力矩62ppt课件I1CFDEI2abl方向向上方向向下F=F1＋F2＋F3＋F4=F1+F2CF:DE:F=F1－F2＝……方向向左OX63ppt课件M=IS×B所以M=0M=ISBsin0°=0I1CFDEI2abl64ppt课件

1、如图一固定的载流大平板，在其附近有一载流小线框能自由转动或平动。线框平面与大平板垂直，大平板的电流与线框中电流方向如图所示，则通电线框的运动情况从大平板向外看是：（A）靠近大平板AB（B）顺时针转动（C）逆时针转动（D）离开大平板向外运动。（C）ABI1I2BPM练习：65ppt课件2、如图，无限长直载流导线与正三角形载流线圈在同一平面内，若长直导线固定不动，则载流三角形线圈将[]

（A）向着长直导线平移（B）离开长直导线平移（C）转动（D）不动BCA(A)66ppt课件BCA67ppt课件无限长直导线产生的磁感应强度为：磁感应强度与距离成反比，所以所以载流三角形线圈向着长直导线平移。BCA对AB受力为F’，BCA受力为F68ppt课件

载有电流I的导线由两根半无限长的直导线和半径为的、以xyz坐标系原点O为中心的圆弧组成，圆弧在yOz平面内，两根半无限长直导线分别在xOy平面和xOz平面内且与x轴平行，电流流向如图所示，O点的磁感应强度

(用坐标轴正方向单位矢量表示)。练习：69ppt课件3、四条无限长直导线，分别放在边长为b的正方形顶点上，如图所示，分别载电流为