大学物理-5省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

返回

第九章磁介质上一章我们讨论了真空中磁场，本章研究有磁性物质（磁介质）存在时对磁场影响。磁介质磁化理论模型：分子电流观点。名句赏析旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。1/43

内容提要磁化理论介绍磁化强度矢量磁场强度矢量和有磁介质时安培环路定理磁介质内磁感应强度铁磁质微观结构和磁化规律2/43第一节磁介质磁化真空中比较：电介质一磁介质分类电介质中电介质介质中场极化电荷3/43磁介质真空中磁介质类似电介质，因磁化产生一附加磁场。介质中场磁介质4/43依据大小和方向，磁介质分为三种：1顺磁质2抗磁质3铁磁质如铜等如锰等如铁，钴，镍及其合金等5/43二顺磁质和抗磁质磁化机理1顺磁质磁化机理电子轨道运动相当一电流环，从而有一定磁矩，称为轨道磁矩。与电子自旋运动相联络还有一定自旋磁矩。在顺磁质物质中各电子磁矩不完全抵消，整个分子有一定固有磁矩。但因为热运动结果，分子固有磁矩无序排列，使顺磁分子组成物质对外无磁性。

顺磁质磁化机理：解释顺磁质磁场何以形成。6/43演示046顺磁质磁化机理电子

顺磁质分子固有磁矩由分子微观电流形成固有磁矩。

分子磁矩沿外场排列在外场中，磁矩趋向外场方向。

分子磁矩沿外场排列无外场时顺磁质内部分子磁矩磁质内部分子磁矩杂乱无章地排列，整块介质对外不显示磁性。无外场时顺

分子磁矩沿外场排列无外场时顺磁质内部分子磁矩横断面图分子电流在外场中，磁矩趋向外场方向。在外场中全部分子磁矩趋向外场方向。

分子磁矩沿外场排列无外场时顺磁质内部分子磁矩横断面图分子电流在外场中，磁矩趋向外场方向。表面磁化电流由分子电流共同作用结果，使介质表面形成一面电流（束缚电流），该电流产生一附加场与同向磁介质内部磁场7/43无外磁场时，因为分子热运动，各分子磁矩趋向无规则排列。在外磁场中，每个分子磁矩受到一个力矩，它力图使分子磁矩转到外场方向上去，结果，各分子磁矩在一定程度沿外场排列起来，由分子电流形成分子磁矩趋向外场排列，这就是顺磁效应起源。由分子电流等效表面束缚电流形成附加磁场。热运动是对磁矩排列起干扰作用，所以温度越高，顺磁效应越弱。综上所表示8/43科学家安培主要贡献：发觉电流和磁场关系9/432抗磁质磁化机理在抗磁性物质中，每个分子在整体上无固有磁矩，这是因为其中各个电子原有磁矩方向不一样，相互抵消了。在加入了外场后，每个电子感生磁矩却都与外场方向相反，整个分子内将产生与外磁场相反感生磁矩。这便是抗磁效应起源。10/43解释以下电子电子核核等效一无固有磁矩分子外磁场为简单起见，设外磁场与电子轨道平面垂直。因为洛仑兹力作用，二电子速度改变，产生感生电流，此电流产生一与外场相反附加磁场。11/43演示048抗磁质分子模型，固有磁矩为零外场感应电流感应电流附加磁矩抗磁质分子模型，固有磁矩为零外场感应电流感应电流附加磁矩抗磁质附加磁矩抗磁性的形成机理磁化电流12/43小磁体超导体（抗磁体）超导磁悬浮13/43超导磁悬浮超导体环（抗磁性）小磁体14/4315/43日本磁悬浮列车16/43三磁化强度矢量为了描述磁介质磁化状态（磁化方向和磁化程度），引入磁化强度概念。比较电介质为体元内一分子电矩。磁介质为体元内一分子磁矩。四磁化强度矢量与磁化面电流磁介质设介质均匀磁化。单位长度内磁化电流磁矩为17/43第二节磁介质中安培环路定理磁场强度一磁介质中安培环路定理以充满顺磁质长直螺线管为例考虑对回路积分令则传导电流磁化电流回路18/43磁场强度。结论：磁场强度沿任何回路线积分等于穿过该回路全部传导电流代数和。试验证实，二磁化率，与磁介质性质相关。三几个主要关系式相对磁导率19/43真空中顺磁质抗磁质无介质时有介质时有介质时为传导电流产生磁场。单位长度内磁化电流20/43电介质与磁介质比较电介质磁介质介电常数磁导率21/43金属圆柱体解：据场对称性，可应用安环定律求解。例9—1二分之一径为长金属圆柱体，电流为，外包一层磁介质，如图示，求分布。选择适当闭合回路。或22/43金属圆柱体注意：解法略。23/43解：例9—2磁介质存在时螺线管内磁场相关量。磁介质24/43例9—3如图，螺绕环，已知求磁介质解或先求，再求mr25/43第三节铁磁质一磁化曲线试验证实，起始磁化曲线磁饱和曲线解释：不在是线性关系二磁滞回线26/43演示053磁滞回线初时磁化曲线磁饱合不可逆性剩磁矫顽力磁滞回线27/43演示054磁畴该畴场磁畴模型。该畴场当外场小时，畴壁移动，各畴场向外场靠拢。该畴场外场较大时，各畴体积改变。磁介质附加场外场大时，铁磁质场与外场一至，到达磁饱合。介质内场为介质内场为介质内场为剩磁形成去掉外场时剩磁28/43软铁中的磁畴29/43磁畴在扫描电镜下观察30/43居里温度：铁磁质有一临界温度，称为居里点。当温度高于居里点时，铁磁质变成顺磁质。硬磁材料：和大铁磁质。通惯用做永磁铁。软磁材料：小铁磁质。磁滞回线狭长，如带鱼状。***应用（略)31/4332/43毕竟西湖六月中，风光不与四月同。接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红。下一章返回33/431、若要使半径为410－3m裸铜线表面磁感应强度为7.010－5T，则铜线中需要经过电流为（）（其中）（A）0.14A（B）1.4A（C）14A（D）2.8A2、如图所表示，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B沿闭合路径L积分等于（）（A）（B）（C）（D）3、如图所表示，流出纸面电流为2I，流进纸面电流为I，则下述各式正确是（）（A）（B）（C）（D）34/434、一电量为q粒子在均匀磁场中运动，以下说法正确是（）（A）只要速度大小相同，粒子所受洛仑兹力就相同（B）在速度不变前提下，若电荷q变为-q，则粒子受力方向相反，数值不变（C）粒子进入磁场后，其动能和动量不变（D）洛仑兹力与速度方向垂直，所以带电粒子运动轨迹必定是圆5、如图所表示，一电量为+q、质量为m质点，以速度v沿x轴射入磁感应强度为B均匀磁场中，磁场方向垂直纸面向里，其范围从x=0延伸到无穷远。假如质点在x=0和y=0处进入磁场，则它将以速度-v从磁场中某一点出来，这点坐标是x=0和（）（A）（B）（C）（D）35/436、按玻尔氢原子理论，电子在以质子为中心，半径为r圆形轨道上运动，假如把这么一个原子放在均匀外磁场中，使电子轨道平面与B垂直，如图所表示，在r不变情况下，电子轨道运动角速度将（）（A）增加（B）减小（C）不变（D）改变方向7、把轻正方形线圈用细线挂在载流直导线AB附近，二者在同一平面内，直导线AB固定，线圈能够活动，当正方形线圈通以如图所表示电流时，线圈将（）（A）不动（B）靠近导线AB（C）离开导线AB（D）发生转动，同时靠近导线AB（E）发生转动，同时远离导线AB8、关于稳恒磁场磁场强度H以下几个说法中正确是（）（A）H仅与传导电流相关（B）若闭合曲线没有包围传导电流，则曲线上各点H比为零（C）若闭合曲线上各点H均为零，则该曲线所包围传导电流代数和为零（D）以闭合曲线L为边缘任意曲面H通量均相等36/439、若一平面载流线圈在磁场中既不受力，也不受力矩作用，这说明（）（A）该磁场一定均匀，且线圈磁矩方向一定与磁场方向平行（B）该磁场一定不均匀，且线圈磁矩方向一定与磁场方向平行（C）该磁场一定均匀，且线圈磁矩方向一定与磁场方向垂直（D）该磁场一定不均匀，且线圈磁矩方向一定与磁场方向平行10、如图所表示，一圆柱形铁棒被均匀磁化，磁化强度为M。求棒内轴线上一点磁感应强度B和磁场强度H。37/43II无限长直载流螺线管内磁场。解：解题分析。内部均匀磁场内部磁力线38/43无限长载流薄金属片例8—9求无限长载流薄片对载流长导线作用力（单位长度内）。39/43例8—15求无限大载流薄片外一点磁场。单位宽度内电流解：解题分析。回路40/43例、二分之一径为R1金属球，球外有一同心金属球壳，如图所表示，求：（1）电荷分布及电场能量（2）若把球心和球壳中心偏离，求球壳外场强，球壳电势及壳外电场能量（3）若把球和球壳用金属线相连，球电荷分布及电场能量（4）若二者不用导线相连，而使球壳接地，求电荷分布及电场能量41/43例7---4一不带电金属球外有一点电荷，如图示，求球心场强