大物下恒定磁場(chǎng)第一課

1大學(xué)物理A22基礎(chǔ)知識(shí)非常重要。越是基礎(chǔ)的，也越是重要的。學(xué)習(xí)物理學(xué)，更重要的是物理思維的訓(xùn)練?！皫熣撸詡鞯?、授業(yè)、解惑也?！睘槭裁磳W(xué)習(xí)大學(xué)物理？3考核：作業(yè)+平時(shí)小測(cè)驗(yàn)10%

期末考試90%期末考試不考的內(nèi)容：第10.620.221.121.421.5節(jié)作業(yè)領(lǐng)?。旱攸c(diǎn)：綜405（8元）時(shí)間：周一、二、三1：30---17：30不要平時(shí)成績(jī)的重修生必須提出書(shū)面申請(qǐng)！4基本數(shù)學(xué)知識(shí)一．標(biāo)量定義：只有大小，沒(méi)有方向的量。表示：數(shù)字（可帶正負(fù)號(hào)）。加法：代數(shù)和。5二．矢量定義：既有大小，又有方向的量。

表示：

加法：平行四邊形法則或三角形法則。6三．矢量乘積定義：1.矢量乘以標(biāo)量

性質(zhì)：72.矢量的標(biāo)積定義：性質(zhì)：矢量標(biāo)積的正交分量表示：AvvBqAvvB83.矢量的矢積定義：性質(zhì)：q9第8章恒定磁場(chǎng)10一、磁力與磁現(xiàn)象“慈石召鐵”----《呂氏春秋》

指南針----四大發(fā)明之一？磁鐵為什么吸鐵？磁力的本質(zhì)是什么呢？8.1磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度11一、磁力與磁現(xiàn)象電與磁奧斯特1820年4月丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特在哥本哈根大學(xué)作有關(guān)電和磁的演講。II1820年7月21日，奧斯特以拉丁文報(bào)導(dǎo)了60次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

接通電源時(shí)，他發(fā)現(xiàn)放在邊上的磁針輕輕抖動(dòng)了一下，他意識(shí)到這是盼望已久的電流的磁效應(yīng)。12一、磁力與磁現(xiàn)象II++--II++--1822年，法國(guó)物理學(xué)家安培發(fā)現(xiàn)兩根平行的載流導(dǎo)線之間存在著電磁相互作用力（磁場(chǎng)力）。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)識(shí)到磁力是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的。13一、磁力與磁現(xiàn)象磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用S+電子束N磁力是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的。14一、磁力與磁現(xiàn)象磁力的本質(zhì)：運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用運(yùn)動(dòng)電荷（電流）在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)處于場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷（電流）施以作用力。磁場(chǎng)力（磁力）是通過(guò)磁場(chǎng)傳遞的，磁場(chǎng)也是一種物質(zhì)。？磁力的本質(zhì)是什么呢？15Ls安培分子電流假說(shuō)（1822年）

一切磁現(xiàn)象的根源是電流（運(yùn)動(dòng)電荷）的存在。磁性物質(zhì)的分子中存在著“分子電流”，每個(gè)分子電流相當(dāng)于一個(gè)小磁針（稱(chēng)為“基元磁鐵”），物質(zhì)的磁性取定于物質(zhì)中分子電流的磁效應(yīng)之總和。一、磁力與磁現(xiàn)象16二、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

靜止電荷靜止電荷靜止電荷之間的作用力——電力運(yùn)動(dòng)電荷之間的作用力——電力+磁力

運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷說(shuō)明1、磁場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)產(chǎn)生;3、磁場(chǎng)是物質(zhì)的，有能量、有質(zhì)量…

電場(chǎng)

磁場(chǎng)傳遞磁相互作用2、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)有力的作用;17二、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷

磁場(chǎng)如何描述磁場(chǎng)的性質(zhì)呢？磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，既有大小，又有方向！磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向定義：小磁針在磁場(chǎng)中，其磁北極N的指向即為該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小如何定義？？？18二、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷

q在另外的運(yùn)動(dòng)電荷（或電流，或永磁體）周?chē)\(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的作用力可表示為兩部分的矢量和，即：與運(yùn)動(dòng)電荷q的速度無(wú)關(guān)，稱(chēng)為電場(chǎng)力：與運(yùn)動(dòng)電荷q的速度相關(guān)，稱(chēng)為磁場(chǎng)力（或磁力）：磁感應(yīng)強(qiáng)度

表示的磁場(chǎng)力叫洛倫茲力，因此，

--------洛倫茲力公式19二、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：考察點(diǎn)電荷q

以速率v沿不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的磁力結(jié)論：1、電荷q

沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，2、電荷q垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，3、電荷q的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向成一夾角a

時(shí)，

Fm垂直速度v，大小隨v變化而變化。20定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小：磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：

T特斯拉Gs高斯1Gs=10–4T磁場(chǎng)服從疊加原理：二、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度21三、畢奧-薩伐爾定律1820年，畢奧和薩伐爾用實(shí)驗(yàn)的方法證明：長(zhǎng)直載流導(dǎo)線周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度與距離成反比，與電流強(qiáng)度成正比。I

B

rI

B

dl

電流元

r磁場(chǎng)服從疊加原理：22三、畢奧-薩伐爾定律畢奧-薩伐爾定律真空磁導(dǎo)率疊加原理I'I?=￠+=iBBBBrrrr總23例題1：求載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)。一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為

I

，導(dǎo)線兩端到P點(diǎn)的連線與導(dǎo)線的夾角分別為1

和2。求距導(dǎo)線為a處P

點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

l21IO方向

-l24L

則

1=02=例題擴(kuò)展21IO例題1：求載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)。25例題2：圓電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度xRxIOP載流圓線圈半徑為R

，電流強(qiáng)度為I

。求軸線上距圓心O

為處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。26xRxIOP例題2：圓電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度27例題2：圓電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度定義載流線圈的磁矩：磁偶極子電偶極子28例題3：寬度為a的無(wú)限長(zhǎng)金屬平板，均勻通電流I，求：圖中P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。IPd解：建立坐標(biāo)系x0將板細(xì)分為許多無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線每根導(dǎo)線寬度為dx通電流x所有dB

的方向都一樣：L

則

1=02=29例題4：一段圓弧圓電流在其曲率中心處的磁場(chǎng)。RIabIdl方向解：30小結(jié)：運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)另一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。磁場(chǎng)大小，方向的定義。應(yīng)用比奧-薩伐爾定律解題時(shí)注意事項(xiàng)：318.2磁場(chǎng)的高斯定理+

–

+

電場(chǎng)線可以形象地描述電場(chǎng)+

+

32切向：該點(diǎn)的方向疏密：正比于該點(diǎn)的大小1.無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線.磁感應(yīng)線特點(diǎn)2.與形成磁場(chǎng)的電流相套連.3.互不相交.II一、磁感應(yīng)線磁通量+

33一、磁感應(yīng)線磁通量直線電流的磁感應(yīng)線34圓形電流的磁感應(yīng)線一、磁感應(yīng)線磁通量35一、磁感應(yīng)線磁通量直螺線管電流的磁感應(yīng)線36一、磁感應(yīng)線磁通量磁通量（磁感應(yīng)通量）：dS

單位：韋伯（Wb）通過(guò)磁場(chǎng)中某給定面的磁感應(yīng)線的條數(shù)求通過(guò)立方體盒子圍成的封閉曲面的磁通量？Magnetism37二、高斯定理通過(guò)磁場(chǎng)中任意封閉曲面的磁通量總為零為什么？

磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)磁感應(yīng)線是閉合曲線，無(wú)頭無(wú)尾不存在磁單極應(yīng)用？求穿過(guò)旋轉(zhuǎn)曲面的磁通量，可以通過(guò)求穿過(guò)平面圓的磁通量。388.3安培環(huán)路定理一、安培環(huán)路定理在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任意閉合環(huán)路的線積分等于環(huán)路所包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和與真空磁導(dǎo)率的乘積。LI39成立條件：穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)

：場(chǎng)中任一閉合曲線——安培環(huán)路（規(guī)定繞向）環(huán)路上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（包含空間穿過(guò)，以及不穿過(guò)的所有電流的貢獻(xiàn)）：穿過(guò)以為邊界的的任意曲面的電流的代數(shù)和：規(guī)定：與繞向成右旋關(guān)系時(shí)，

40規(guī)定：與繞向成右旋關(guān)系時(shí)，

I1I2I3L1L241穿過(guò)的電流：對(duì)和均有貢獻(xiàn)不穿過(guò)的電流：對(duì)上各點(diǎn)有貢獻(xiàn)，對(duì)無(wú)貢獻(xiàn)與空間所有電流有關(guān)：只與穿過(guò)環(huán)路的電流代數(shù)和有關(guān)的環(huán)流：安培環(huán)路定理揭示磁場(chǎng)是非保守場(chǎng)（渦旋場(chǎng)）I1I2I3L1L242二、安培環(huán)路定理應(yīng)用——用來(lái)求解具有高度對(duì)稱(chēng)的磁場(chǎng)例題1：求無(wú)限長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)I解：對(duì)稱(chēng)性分析——磁感應(yīng)線是躺在垂直平面上的同心圓。BL任選一環(huán)路，半徑為0rB

L

則

1=02=43例題2：求無(wú)限長(zhǎng)圓柱面（圓筒）電流的磁場(chǎng)I解：對(duì)稱(chēng)性分析——磁感應(yīng)線是躺在垂直平面上的同心圓。選環(huán)路RrL44例題3：求均勻密繞無(wú)限長(zhǎng)直螺線管的磁場(chǎng)（已知I

、n）I解：密繞（螺距為零），無(wú)限長(zhǎng)選環(huán)路（長(zhǎng)方形）n是單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)外對(duì)稱(chēng)性分析：只有平行于軸線的分量；平行于軸的任一直線上的點(diǎn)大小相等，方向沿軸。無(wú)限長(zhǎng)直螺線管內(nèi)為均勻磁場(chǎng)

45R1R2例題4：求均勻密繞螺線環(huán)的磁場(chǎng)（已知中心半徑R，總匝數(shù)N，電流強(qiáng)度I）IR解：對(duì)稱(chēng)性分析——管內(nèi)任意一個(gè)垂軸平面都是對(duì)稱(chēng)面——磁感應(yīng)線是一組同心圓rL選圓形環(huán)路0（其他）螺繞環(huán)單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)()環(huán)腔內(nèi)nIRNI002mpm=r0（環(huán)腔外）46小結(jié)：如何用磁感應(yīng)線描述磁場(chǎng)？磁力的本質(zhì)：運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用？磁力的本質(zhì)是什么呢？478.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一、洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，稱(chēng)為洛倫茲力大?。悍较颍捍怪庇谄矫嫣攸c(diǎn)：不改變大小，只改變方向。不對(duì)q做功。488.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1）運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行帶電粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)49R8.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)2）運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直+磁力提供向心力。

勻速率圓周運(yùn)動(dòng)qBmTpvp22==R周期與速度無(wú)關(guān).508.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)3）運(yùn)動(dòng)方向沿任意方向

+

vqv//勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線hqBmvR=半徑：qsin周期：螺距：//Tvh=vqBmp2=sinq518.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)例題：質(zhì)譜儀測(cè)粒子的荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)：加速電壓U，均勻磁場(chǎng)B，粒子垂直入射，進(jìn)口到膠片記錄位置間距為D，計(jì)算粒子的Q/m值。DRUN解：粒子進(jìn)質(zhì)譜儀時(shí)動(dòng)能進(jìn)磁場(chǎng)后做勻速率圓周運(yùn)動(dòng)，()28BDUmQ=528.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)（也是螺旋運(yùn)動(dòng)，但R、h

都在變化）I（1）磁鏡（2）磁瓶用于高溫等離子磁約束（3）地磁場(chǎng)內(nèi)的范艾侖輻射帶60000km8OOkm4000km538.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)四、霍耳效應(yīng)I

V

霍耳電壓UH現(xiàn)象：導(dǎo)體中通電流I

，磁場(chǎng)垂直于I

，在既垂直于I，又垂直于的方向出現(xiàn)電勢(shì)差Uv+qFhb原因：

載流子q，漂移速度方向向上，形成U------548.4帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)平衡時(shí)相等I-----b霍耳系數(shù)558.5載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力I電流元12一、一段載流導(dǎo)線上的力——安培力1個(gè)電子受力N個(gè)電子受力ò′=21dBlIFrrr568.5載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力

均勻磁場(chǎng)條件下：任意導(dǎo)線II直導(dǎo)線2、均勻磁場(chǎng)中的閉合線圈F=0——

長(zhǎng)度矢量說(shuō)明：1、3、若處處（不一定均勻）

F=0578.5載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力例題：均勻磁場(chǎng)中放置一半徑為R的半圓形導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I，導(dǎo)線兩端連線與磁感強(qiáng)度方向夾角=30°，求此段圓弧電流受的磁力。2R長(zhǎng)度矢量解：方向588.5載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力二、平面剛性載流線圈上的安培力矩l1