大学物理学B （农科物理） 04-3 稳恒磁场学习资料

【引子】地球磁场司南指南针1【引子】磁悬浮列车磁悬浮列车及原理2【引子】

Tokamak磁约束装置Tokamak磁约束装置3【引子】NuclearMagneticResonance4大学物理学

CollegePhysics稳恒磁场StableMagneticField教学内容（3学时）了解磁场掌握毕奥—萨伐尔定律理解磁场的高斯定理。掌握磁场的安培环路定理。6磁石、铁磁性物质具有磁性，具有南极和北极。1820年奥斯特Oersted发现：电流也具有磁性。SNSNISN磁极、电流之间有磁力作用。磁性本质是什么呢？【A4.9.0】磁场

磁性起源71822年安培提出：分子电流假说不显磁性显磁性磁性本质：运动电荷是一切磁现象的根源。【A4.9.0】磁场运动电荷运动电荷磁场

磁力磁性本质8单位

特斯拉+

磁感强度方向：电荷运动不受力的方向，或者小磁针北极所指方向定义为该点磁感强度的方向。

磁感强度大小运动电荷在磁场中受磁力【A4.9.1】磁感强度地球赤道附近

9P*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，磁感强度满足叠加原理：【A4.9.2】毕奥—萨伐尔定律10+毕—萨定律运动电荷的磁场适用条件+S【A4.9.2】毕奥—萨伐尔定律毕—萨定律微观解释11PCD*例1

载流长直导线的磁场。解均沿x轴的负方向【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律12无限长载流长直导线的磁场【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律（续）齐头半无限长载流长直导线的磁场*Pp*d载流长直导线延长线上磁场13例2:真空中,半径为R的载流导线,通有电流I,称圆电流.求其轴线上一点

p

的磁感强度的方向和大小.解根据对称性分析【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律p*14【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律p**15

1）2）3）

的方向不变(

和

成右螺旋关系）4）若线圈有匝【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律讨论IS磁矩magneticareamoment

16oI（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1x【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律17解法一圆电流的磁场向外例3:半径为的带电薄圆盘的电荷面密度为,并以角速度绕通过盘心垂直于盘面的轴转动，求圆盘中心的磁感强度。向内【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律18解法二运动电荷的磁场【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律19（1）P点位于管内轴线中点若【A4.9.2应用】毕奥—萨伐尔定律讨论：20ISNISNI电流方向与磁场方向呈右手螺旋法则。【A4.10】磁通量磁感线规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度

B的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感强度B

的大小。磁感线是无头无尾的封闭曲线。21

磁通量：垂直通过某一曲面的磁感线条数。单位【A4.10】磁通量22物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量等于零，磁场是无源场。磁感应强度对封闭曲面的积分为零，称为磁场高斯定理。【A4.10.1】高斯定理和安培环路定理因为：磁感线是无头无尾的封闭曲线。

封闭曲线23解设长直导线通电流先求，对变磁场给出，后积分求【A4.10例】磁通量24o

设闭合回路为圆形回路（

与成右手螺旋）

载流长直导线的磁感强度为【A4.10.2】高斯定理和安培环路定理25o若回路绕向与右手螺旋相反时若对任意形状的回路与成右螺旋【A4.10.2】高斯定理和安培环路定理26若电流在回路之外【A4.10.2】高斯定理和安培环路定理对整个回路张开角度相同27多电流情况【A4.10.2】高斯定理和安培环路定理安培环路定理：磁感强度沿着闭合路径积分，结果等于磁导率与回路内电流代数和乘积。

电流

正负的规定：与成右螺旋时，为正；反之为负。28【A4.10.2讨论】（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？讨论问题：29【A4.10.2】高斯定理和安培环路定理磁场安培环路定理应用步骤:对称性分析：磁场分布的对称性取回路：合适的闭合环路环路定理：电流符号法则磁场安培环路定理选取环路原则环路要经过所研究的场点；环路的长度便于计算；要求环路上B的方向与环路方向一致，或B的方向与环路方向垂直，方向一致的分段上各点B大小相等。30例1：求长直密绕螺线管内磁场？解1)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。【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理31无限长载流螺线管内为匀强磁场，外部磁场为零。2)

选回路。++++++++++++磁场的方向与电流成右螺旋。MNPO【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理32当时，螺绕环内可视为均匀场.2）选回路.解1）对称性分析；环内线为同心圆，环外为零.令【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理例2：求螺绕环内磁场？33解1）对称性分析2）选取回路.【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理例3:求无限长直载流导体柱周围磁场？34解1）对称性分析2）选取回路【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理例3:求无限长直载流导体柱周围磁场？35

的方向与成右螺旋【A4.10.2例】高斯定理和安培环路定理36教学内容（2学时）掌握洛伦兹力掌握安培力了解霍尔效应37一带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力磁场力（洛仑兹力）+

运动电荷在电场和磁场中受的力方向：右手四指由经小于的角弯向，大拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向。【A4.11】洛仑兹力Lorentzforce（洛仑兹力不做功）381.回旋半径和回旋频率【A4.11】洛仑兹力洛仑兹力始终垂直于磁场和速度组成的平面39正电子存在的云室照片及其摹描图。铅板正电子电子1930年Dirac预言自然界存在正电子。【A4.11】洛仑兹力2.发现正电子1932年Anderson发现，1936年获得NobelPrize。40【A4.11应用】洛仑兹力应用：电子光学、电子显微镜等。条件：带电粒子初速相差不大；夹角不尽相同,但都较小。3磁聚焦41

与不垂直螺距【A4.11】洛仑兹力回旋半径回旋周期42....................+-AA’K+dL..................................................................................................4.电子比荷的测定速度选择器【A4.11】洛仑兹力电场力等于洛伦兹力速度选择器电子比荷437072737476锗的质谱【A4.11】洛仑兹力5.质谱仪原理44

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。

【A4.11】洛仑兹力6.回旋加速器45频率与半径无关到半圆盒边缘时回旋加速器原理图NSBO~N【A4.11】洛仑兹力46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。【A4.11】洛仑兹力47LargeHadronCollider48S电子洛伦兹力

由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力，即安培力。

安培定律

【A4.12】安培定律49【A4.12】安培定律两直导线电流方向相同则为吸引，相反则为排斥。单位长度作用力为：50ABCo根据对称性分析解例1：

如图一通有电流的闭合回路放在磁感应强度为的均匀磁场中，回路平面与磁感强度垂直.回路由直导线AB和半径为的圆弧导线BCA组成，电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合导线的力.【A4.12】安培定律51ACoB因由于故【A4.12】安培定律52【补充】霍耳效应(HallEffect)一般磁场(小于1T)，常温(约几百K),1879年霍耳效应53I霍耳电阻++++

+

+

-----【补充】霍耳效应霍耳电压霍耳系数54量子霍尔效应（强磁场(约1-10T)，低温(约几K),1980年）霍耳电阻【补充】霍耳效应霍耳系数55【补充】霍耳效应超强磁场(>10T)，极低温(约0.1K)霍耳系数56I++++---P型半导体+-2）测量磁场（螺线管轴向磁场实验）霍耳电压1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-【补充：应用】霍耳效应57教学内容（1时）了解磁介质的磁化。58一磁介质magneticmedium介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度磁介质中的总磁感强度顺磁质抗磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质【A4.13】物质的磁性59【A4.13】物质的磁性物质的磁性微观解释：分子圆电流和磁矩60无外磁场顺磁质的磁化有外磁场【A4.13】物质的磁性61同向时

反向时抗磁质的磁化【A4.13】物质的磁性62各向同性磁介质真空中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理顺磁质抗磁质铁磁质（非常数）相对磁导率【A4.14】有磁介质存在时的磁场63I例：

有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流时，试求（1）磁介质中任意点P

的磁感应强度的大小;（2）圆柱体外面一点

Q

的