磁場新人教版選修

1、會計學1磁場新人教版選修磁場新人教版選修最早的磁性指向器最早的磁性指向器它由青鈾盤和磁石琢磨的勺組成，磁勺頭為磁性的北它由青鈾盤和磁石琢磨的勺組成，磁勺頭為磁性的北極，尾為南極。磁勺放置在地盤中心，受地磁作用，勺尾指向南方。極，尾為南極。磁勺放置在地盤中心，受地磁作用，勺尾指向南方。新課標高中物理選修11第二章 磁場磁場二、磁場二、磁場對比電場學習對比電場學習1、磁場：、磁場：磁體周圍存在磁場磁體周圍存在磁場2、磁場的、磁場的基本性質(zhì)基本性質(zhì)：對磁體有力的作用對磁體有力的作用 磁體上磁性最強的部分叫磁體上磁性最強的部分叫磁極磁極， 同名磁極同名磁極相斥相斥 ，異名磁極，異名磁極相吸相吸 。3、

2、作用過程：、作用過程：通過磁場實現(xiàn)通過磁場實現(xiàn)。磁體是通過。磁體是通過磁場磁場 對鐵對鐵 一類物質(zhì)發(fā)生作用的，磁場和電場一樣，是一類物質(zhì)發(fā)生作用的，磁場和電場一樣，是物質(zhì)物質(zhì) 存在的另一種形式，是客觀存在存在的另一種形式，是客觀存在 4、磁場的方向：、磁場的方向：規(guī)定小磁針北極規(guī)定小磁針北極受力的方向，也即小磁針靜止時北受力的方向，也即小磁針靜止時北極所指的方向，極所指的方向，就是那一點的磁場就是那一點的磁場方向方向 5、磁感線：、磁感線：（1）定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線）定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線,在這些在這些 曲線上，每一點的曲線上，每一點的切線切線方向，都跟該點的方向，都

3、跟該點的磁場方磁場方 向向相同。這樣的曲線叫磁感線相同。這樣的曲線叫磁感線磁感線的磁感線的疏密疏密 表示磁場強弱。表示磁場強弱。 (2)目的目的：為形象地描述磁場而人為引入的：為形象地描述磁場而人為引入的假想曲線假想曲線 (3)特點：特點： a.磁感線某點的切線方向表示該點的磁場方向磁感線某點的切線方向表示該點的磁場方向 b.磁感線的疏密可以反映磁場的強弱磁感線的疏密可以反映磁場的強弱 c. 磁感線是封閉曲線磁感線是封閉曲線 d. 任何兩條磁感線都不相交任何兩條磁感線都不相交（4）模擬）模擬磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化的性質(zhì)，來的性質(zhì)，來模擬模擬磁感

4、線的形狀。磁感線的形狀。條形磁體磁感線模擬條形磁體磁感線模擬圖圖1（4）模擬）模擬磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化的性質(zhì)，來的性質(zhì)，來模擬模擬磁感線的形狀。磁感線的形狀。條形磁體磁感線模擬條形磁體磁感線模擬圖圖2（5）條形磁體和蹄形磁體的磁感線：）條形磁體和蹄形磁體的磁感線：磁感線方向磁感線方向外部：從外部：從N極到極到S極極，內(nèi)部：從內(nèi)部：從S極到極到N極極磁感線與電場線的聯(lián)系與區(qū)別磁感線與電場線的聯(lián)系與區(qū)別1 1、磁場的方向：、磁場的方向：規(guī)定規(guī)定小磁針小磁針北極北極受力的方向受力的方向（或小磁針靜止時（或小磁針靜止時北極所指的方向）北極所指的方向）

5、2 2、磁感線、磁感線（1 1）為形象描述磁場而）為形象描述磁場而假想假想的曲的曲線，實際不存在線，實際不存在（2 2）疏密表示強弱，切線疏密表示強弱，切線方向表方向表示磁場方向示磁場方向（3 3）磁鐵）磁鐵外部從外部從N N極到極到S S極極，內(nèi)部，內(nèi)部從從S S極到極到N N極，形成閉合曲線極，形成閉合曲線（4 4）不相交）不相交1 1、電場的方向：、電場的方向：規(guī)定正電荷規(guī)定正電荷所所受電場力的方向受電場力的方向 2 2、電場線、電場線（1 1）為形象描述電場而）為形象描述電場而假想假想 的曲線，實際不存在的曲線，實際不存在（2 2）疏密表示強弱疏密表示強弱，切線切線方方 向表示電場方向

6、向表示電場方向（3 3）始于正電荷，終止于負始于正電荷，終止于負電荷電荷的非閉合曲線的非閉合曲線（4 4）不相交）不相交三、地磁場：三、地磁場：1、定義：、定義：地球是個磁體，具有磁場，叫地磁場。地球是個磁體，具有磁場，叫地磁場。 地磁場的分布大致上就像一個地磁場的分布大致上就像一個條形磁體條形磁體 各地磁感線近似平行地面各地磁感線近似平行地面2、磁偏角：、磁偏角：（1）地球的地理南北極與地磁場的南北相反）地球的地理南北極與地磁場的南北相反（2）地球的地理兩極與地磁場的兩極并不重合，磁地球的地理兩極與地磁場的兩極并不重合，磁 針并非準確地指南或指北，有個夾角，針并非準確地指南或指北，有個夾角，

7、叫地磁偏叫地磁偏 角角，簡稱磁偏角，簡稱磁偏角3、地磁場的磁感線分布圖：見上圖、地磁場的磁感線分布圖：見上圖4、說明：宇宙中的許多、說明：宇宙中的許多天體天體 都具有磁場。月球也有都具有磁場。月球也有磁場磁場。但。但 月球不象地球那樣有一個月球不象地球那樣有一個全球性全球性 的磁場?；鹦且矝]有的磁場。火星也沒有全球性全球性 的磁場，所以火星上的磁場，所以火星上指南針指南針不起作用。不起作用。地磁場的地磁場的分布大致分布大致上就像一上就像一個條形個條形 磁磁體。體。各地磁感各地磁感線近似平線近似平行地面行地面小結(jié)小結(jié)一、磁場一、磁場1、磁場：、磁場：磁體周圍存在磁場。磁體周圍存在磁場。類似電場。

8、類似電場。2、磁場的、磁場的基本性質(zhì)基本性質(zhì)：對磁體有力的作用。對磁體有力的作用。同名磁極同名磁極相斥相斥 ，異名磁極，異名磁極相吸相吸 。3、作用過程：、作用過程：通過磁場實現(xiàn)通過磁場實現(xiàn)。4、磁場的方向：、磁場的方向：規(guī)定小磁針北極受力的方向，規(guī)定小磁針北極受力的方向，也即小磁也即小磁 針靜止時北極所指的方向，針靜止時北極所指的方向，就是那一點的磁場方向就是那一點的磁場方向二、磁感線：二、磁感線： 1、作用、作用：形象地描述磁場。：形象地描述磁場。切線切線方向表示方向表示磁場方向；疏密磁場方向；疏密 表示磁場強弱。表示磁場強弱。 2、磁感線方向：、磁感線方向：外部：從外部：從N極到極到S極

9、極，內(nèi)部：從，內(nèi)部：從S極到極到N極極 3、特點：、特點：不相交、不中斷閉合曲線不相交、不中斷閉合曲線 小結(jié)小結(jié)4、 模擬模擬磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化的性磁感線：實驗中常用鐵屑在磁場中被磁化的性 質(zhì)，來質(zhì)，來模擬模擬磁感線的形狀。磁感線的形狀。5、條形磁體和蹄形磁體的磁感線形狀條形磁體和蹄形磁體的磁感線形狀。注意：內(nèi)部：從注意：內(nèi)部：從S極到極到N極極6、磁感線與電場線的聯(lián)系與區(qū)別磁感線與電場線的聯(lián)系與區(qū)別三、地磁場三、地磁場1、 地磁場的分布大致上就像一個地磁場的分布大致上就像一個條形條形 磁體。磁體。 南北極相反。南北極相反。各地磁感線近似平行地面各地磁感線近似平行地面2、磁偏

10、角：、磁偏角：地理兩極與地磁場的兩極并不重合，有個地理兩極與地磁場的兩極并不重合，有個 夾角，夾角，叫地磁偏叫地磁偏 角角。3、說明：許多、說明：許多天體天體 都具有磁場。月球也有都具有磁場。月球也有磁場磁場?；鹦恰；鹦?沒有沒有全球性全球性 的磁場，所以火星上的磁場，所以火星上指南針指南針不起作用。不起作用。課堂練習和課外作業(yè)課堂練習和課外作業(yè)課堂練習：課堂練習： P P28 28 問題與練習問題與練習 1 1、2 2、3 3、4 4，探索者，探索者課外作業(yè)課外作業(yè)： P P2828 問題與練習問題與練習 作業(yè)本作業(yè)本小磁針小磁針大磁體大磁體南北極南北極磁偏角磁偏角BDAB1.我們的祖先發(fā)明

11、指南針，對世界文明產(chǎn)生重大影響。我們的祖先發(fā)明指南針，對世界文明產(chǎn)生重大影響。2.現(xiàn)代人好比被現(xiàn)代人好比被“磁海磁海”包圍。包圍。3.生物磁性的研究為人類開辟了嶄新的視野。生物磁性的研究為人類開辟了嶄新的視野。地理的南北極與地磁的地理的南北極與地磁的N、S極相反。極相反。使不具有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程叫磁化。使不具有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程叫磁化。 任何物質(zhì)在外磁場中都能或多或少地被磁化。任何物質(zhì)在外磁場中都能或多或少地被磁化。磁化后磁性很強的物質(zhì)叫磁性材料，又稱為鐵磁性物質(zhì)磁化后磁性很強的物質(zhì)叫磁性材料，又稱為鐵磁性物質(zhì) 軟磁性物質(zhì)：磁化后容易去磁的物質(zhì)稱軟磁性物質(zhì)。軟磁性物質(zhì)：磁化后容易

12、去磁的物質(zhì)稱軟磁性物質(zhì)。 。 硬磁性物質(zhì)：磁化后不易去磁的物質(zhì)稱硬磁性物質(zhì)。硬磁性物質(zhì)：磁化后不易去磁的物質(zhì)稱硬磁性物質(zhì)。 。軟磁性材料的剩磁弱，容易去磁，適用于需要反復磁化的場合。軟磁性材料的剩磁弱，容易去磁，適用于需要反復磁化的場合。硬磁性材料的剩磁強，不易去磁，適用于制成永磁體。硬磁性材料的剩磁強，不易去磁，適用于制成永磁體。以下物品，應用哪種材料制成？以下物品，應用哪種材料制成？電場線電場線磁感線磁感線1電場線從電場線從 出發(fā)，出發(fā)，終止于終止于，電場線是，電場線是 的曲線，正、負電荷可單獨的曲線，正、負電荷可單獨存在存在1在磁體內(nèi)部，磁感線是從在磁體內(nèi)部，磁感線是從 極指向極指向 極

13、，外部是從極，外部是從 出發(fā)從出發(fā)從進去，磁感線是進去，磁感線是 的曲線，、極是不可分割的的曲線，、極是不可分割的2 電荷在電場中某點受電荷在電場中某點受到電場力的方向與該點的到電場力的方向與該點的方向一致，也與該點所在電方向一致，也與該點所在電場線的場線的 方向一致方向一致2小磁針在磁場中靜止時小磁針在磁場中靜止時 極的指向或極的指向或 極的受力方極的受力方向與該點的向與該點的 方向一致，也方向一致，也與該點所在磁感線的與該點所在磁感線的方向方向致致3電場中任何兩條電場線都電場中任何兩條電場線都 相交相交3磁場中任何兩條磁感線都磁場中任何兩條磁感線都 相交相交4電場線的疏密表示電場的電場線的

14、疏密表示電場的 4磁場線的疏密表示磁場的磁場線的疏密表示磁場的 電磁起重機電磁起重機可以產(chǎn)生強大的磁性，來回搬運物品. 丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應，是科學史上的重大發(fā)現(xiàn)揭開了物理學史上的一個新紀元奧斯特不只是一位著名的物理學家，還是一位優(yōu)秀的教師他的講課有表演，有分析他非常重視實驗，他說過“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，因為歸根到底，所有的科學進展都是從實驗開始的 1.單單個個環(huán)環(huán)通電螺線管外部磁場與條形磁體類似。通電螺線管外部磁場與條形磁體類似。B C返回返回奧奧斯斯特特實實驗驗返回通電導線在通電導線在磁場中受的力通常稱為安培力。磁場中受的力通常稱為安培力。F F= =BILBI

15、L 適用條件：適用條件：1 1）勻強磁場）勻強磁場 2 2）導線與磁場垂直）導線與磁場垂直 3 3）當）當I I與與B B有夾角有夾角 時，時，F(xiàn) F= =BILBIL sinsin （將（將B B分解成分解成B B和和B B，其中，其中F=BF=BIL=BILsinIL=BILsin）BI BIBI1 1）當）當I I B B， F F= =BILBIL2 2）當）當I I / / B B， F F=0=0下面請兩個同學上來，下面請兩個同學上來，先述說自己的實驗方案先述說自己的實驗方案，再進行探究，并對實，再進行探究，并對實驗現(xiàn)象進行小結(jié)驗現(xiàn)象進行小結(jié)既跟磁場方向垂直，又既跟磁場方向垂直，又

16、跟電流方向垂直，即安跟電流方向垂直，即安培力的方向總是垂直于培力的方向總是垂直于磁感線和通電導線所在磁感線和通電導線所在的平面的平面l安培力的方向：安培力的方向：例：左手定則運用例：左手定則運用IBB例例4：將長度為：將長度為20cm、通有、通有0.1A電流的直導線電流的直導線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應強度為示，已知磁感應強度為1T。試求出下列圖中導。試求出下列圖中導線受安培力的大小。線受安培力的大小。上課時我們觀察了電動機的工上課時我們觀察了電動機的工作，當電流方向發(fā)生變化時線作，當電流方向發(fā)生變化時線圈轉(zhuǎn)動方向發(fā)生變化，現(xiàn)

17、在我圈轉(zhuǎn)動方向發(fā)生變化，現(xiàn)在我們學習了左手定則，能否解釋們學習了左手定則，能否解釋以上現(xiàn)象呢？以上現(xiàn)象呢？搶答（每小題搶答（每小題10分，共分，共5題）：題）：線圈的轉(zhuǎn)動是怎樣產(chǎn)生的？線圈的轉(zhuǎn)動是怎樣產(chǎn)生的？線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去？線圈為什么不一直轉(zhuǎn)下去？答：線圈轉(zhuǎn)動是因為它受到安培力的作用答：線圈轉(zhuǎn)動是因為它受到安培力的作用答：當線圈受力平衡時，將不再轉(zhuǎn)動答：當線圈受力平衡時，將不再轉(zhuǎn)動為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說明被測電流的強弱？測電流的強弱？答：螺旋彈簧變形，反抗線圈轉(zhuǎn)動。電流答：螺旋彈簧變形，反抗線圈轉(zhuǎn)動。電流越大安培力越大，螺旋彈簧的形變也就越越大

18、安培力越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小過電流的大小如何根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向來確定電路上如何根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向來確定電路上電流的方向？電流的方向？答：電流方向改變，安培力的方向也隨之答：電流方向改變，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，故根改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，故根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向能判斷被測電流的方向據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向能判斷被測電流的方向使用時要特別注意什么？使用時要特別注意什么？答：所通電流不能太大答：所通電流不能太大1 1、安培力的大?。骸才嗔Φ拇笮。? 2、安培力的方向、安培力的方向左手定則

19、左手定則3 3、電流表的工作原理、電流表的工作原理B 電量為電量為 q 電荷在磁場中受到的洛電荷在磁場中受到的洛侖茲力：侖茲力：vBvqfL大小大小:BvfqL/, 0BvfqL)/(, 0LfB Lf1.1.洛侖茲力洛侖茲力一、磁場對運動電荷的作用一、磁場對運動電荷的作用洛侖茲力洛侖茲力sinqvBfL方向方向: 垂直由垂直由 和和 構(gòu)成的平面。構(gòu)成的平面。LfvBqBvqvq 洛侖茲力不對運動電荷作功，洛侖茲力不對運動電荷作功，它只改變帶電粒子的運動方向，它只改變帶電粒子的運動方向，并不改變帶電粒子的速率和動能并不改變帶電粒子的速率和動能。 以速度以速度 v v 置入一帶電量置入一帶電量為

20、為 q 的粒子，粒子受到電場的粒子，粒子受到電場和磁場的共同作用。和磁場的共同作用。+-E E速度選擇器速度選擇器F Fef fLB B 當粒子速度較小時，電場力大于洛倫茲力，粒子向當粒子速度較小時，電場力大于洛倫茲力，粒子向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。4.4.帶電粒子在磁場和電場中的運動帶電粒子在磁場和電場中的運動(1)質(zhì)譜儀的工作原理質(zhì)譜儀的工作原理1. .質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 當粒子速度較大時，電場力小于洛倫茲力，粒子向當粒子速度較大時，電場力小于洛倫茲力，粒子向右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。 當粒子速度滿足電場力等于洛倫茲力時，當粒子速度滿足電場力等于洛倫茲力時，,Lef

21、F ,qvBqE BEv 粒子豎直向下運動穿過狹縫進入下方磁場粒子豎直向下運動穿過狹縫進入下方磁場 B B； 通過調(diào)整通過調(diào)整 E E 和和 B B 可可選擇粒子速選擇粒子速度。度。vRB B+-v vE E速度選擇器速度選擇器F Fef fLB BqBmvR質(zhì)量大的同位素粒子，軌道半徑大，質(zhì)量小的同位素粒質(zhì)量大的同位素粒子，軌道半徑大，質(zhì)量小的同位素粒子，軌道半徑小。不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同子，軌道半徑小。不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同的質(zhì)譜線。的質(zhì)譜線。在在 B B 中作圓周運動的軌道半中作圓周運動的軌道半徑為：徑為：根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同位素的質(zhì)量。根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出

22、同位素的質(zhì)量。(2)同位素同位素 有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。它們，但中子數(shù)不同的元素。它們的化學性質(zhì)相同，無法用化學的化學性質(zhì)相同，無法用化學的方向?qū)⑺鼈兎蛛x開。的方向?qū)⑺鼈兎蛛x開。qBmvR由由 知知:質(zhì)譜線質(zhì)譜線：其結(jié)構(gòu)為金屬雙其結(jié)構(gòu)為金屬雙 D 形盒，在形盒，在其上加有磁場和交變的電場其上加有磁場和交變的電場。2. .回旋加速器回旋加速器由于金屬具有靜電屏蔽作用由于金屬具有靜電屏蔽作用，帶電粒子在磁場的作用下，帶電粒子在磁場的作用下作圓周運動，進入縫隙后，作圓周運動，進入縫隙后，電場極性變換，粒子被反向電場極性變換，粒子被反向加速，進入右半盒，由于

23、速加速，進入右半盒，由于速度增加，軌道半徑也增加。度增加，軌道半徑也增加。然后又穿過縫隙，電場極性然后又穿過縫隙，電場極性又變換，粒子不斷地被加速又變換，粒子不斷地被加速。 將一粒子置于雙將一粒子置于雙 D形盒形盒的縫隙處，在電場的作用的縫隙處，在電場的作用下，進入左半盒下，進入左半盒。 B BB B (1)原因原因: 是由于運動電荷在磁場中受是由于運動電荷在磁場中受洛倫茲力的結(jié)果。洛倫茲力的結(jié)果。載流導體的寬為載流導體的寬為 b，厚為厚為 d。通有電流。通有電流 I 。 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場中，如果磁場方向與年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，

24、則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。IbdVHq3. .霍爾效應霍爾效應以載流子是正電荷為例以載流子是正電荷為例,BLfveFEnqRH1為霍爾系數(shù)。為霍爾系數(shù)。dIBRVHHB描寫電流元在磁場中受安培力的規(guī)律描寫電流元在磁場中受安培力的規(guī)律。大小大?。簂IdsinIdlBdF 用矢量式表示用矢量式表示：BlIdFdFdlIdBFd二、磁場對電流的作用二、磁場對電流的作用1.1.安培定律安培定律1. .內(nèi)容內(nèi)容安培定律：安培定律：一個電流元在磁場中所受磁場力為電流一個電流元

25、在磁場中所受磁場力為電流元元 與磁感應強度與磁感應強度 的矢量積。的矢量積。lIdB方向：方向：從從 右旋到右旋到 ，大拇指指向，大拇指指向lIdB 垂直由垂直由 和和 構(gòu)成的平面。構(gòu)成的平面。FdlIdB 計算一段電流在磁場中受到的安計算一段電流在磁場中受到的安培力時，應先將其分割成無限多培力時，應先將其分割成無限多電流元，將所有電流元受到的安電流元，將所有電流元受到的安培力矢量求和培力矢量求和-矢量積分。矢量積分。FdFBlIdlIdB 均勻磁場中曲線電流受均勻磁場中曲線電流受的安培力，等于從起點到終的安培力，等于從起點到終點的直線電流所受的安培力點的直線電流所受的安培力。baFdFbaB

26、lIdBl dIba)(由于由于 ，Lldba,BLIFsinILBF abI2. .一段電流在磁場中受力一段電流在磁場中受力3. .均勻磁場中曲線電流受力均勻磁場中曲線電流受力LBBlIdFd例例1：在無限長載流直導線在無限長載流直導線 I I1 旁，平行放置旁，平行放置另一長為另一長為L的載流直導線的載流直導線 I I2 ,兩根導線相距兩根導線相距為為 a，求導線，求導線 I I2所受到的安培力。所受到的安培力。La 1I 2I解：解：由于電流由于電流 I I2 上各點到電流上各點到電流 I I1 距離相距離相同，同，I I2 各點處的各點處的 B B 相同，相同，F(xiàn)1BI2 受到的安培力

27、方向如圖所示，受到的安培力方向如圖所示，sin12LBIF其中其中,2101aIB2sin12LBIF 2sin2102aILIaLII2210 I I2 受到受到 I I1 的引力。的引力。同理同理 I1 也受到也受到 I I2 的引力的引力。安培力大?。喊才嗔Υ笮。豪?：在無限長載流直導線在無限長載流直導線 I1 旁，垂直放旁，垂直放置另一長為置另一長為 L 的載流直導線的載流直導線 I2 , I2 導線導線左端距左端距 I1 為為 a，求導線，求導線 I2 所受到的安培所受到的安培力。力。解：解：La 1I 2I建立坐標系建立坐標系,坐標原點選在坐標原點選在 I1上，上，oxxFddx

28、1B電流元受安培力大小為：電流元受安培力大小為：sin12dxBIdF其中其中,2101xIB2dFFdxBILaa2sin12LaaxdxII2102aLaIIln2210分割電流元，分割電流元， 長度為長度為 dx , , 例例3：在均勻磁場中，放置一半圓形在均勻磁場中，放置一半圓形半徑為半徑為 R 通有電流為通有電流為 I 的載流導線的載流導線，求載流導線所受的安培力。，求載流導線所受的安培力。解：解：由均勻磁場中曲線電流受力的結(jié)論：半圓形電流由均勻磁場中曲線電流受力的結(jié)論：半圓形電流受到的安培力相當于沿直徑電流受到的安培；受到的安培力相當于沿直徑電流受到的安培；2sinILBFRIB2

29、RoBIF將平面載流線圈放入均勻磁場中，將平面載流線圈放入均勻磁場中， 電磁系列電表指針轉(zhuǎn)動：在永久磁鐵電磁系列電表指針轉(zhuǎn)動：在永久磁鐵的兩極之間的空氣隙內(nèi)放一個可繞固定軸的兩極之間的空氣隙內(nèi)放一個可繞固定軸轉(zhuǎn)動的線圈，載流線圈在磁場中受力矩的轉(zhuǎn)動的線圈，載流線圈在磁場中受力矩的結(jié)果。結(jié)果。1l2looabcdIBn2.2.磁場對載流線圈的作用磁場對載流線圈的作用1. .載流線圈在磁場中受到的力矩載流線圈在磁場中受到的力矩規(guī)定：規(guī)定：與電流滿足右手定則的法線方向為正向。與電流滿足右手定則的法線方向為正向。da邊受到安培力邊受到安培力:)2sin(2BIlFdabc邊受到安培力邊受到安培力:)2

30、sin(2BIlFbcbcFdaF F Fda 與與 F Fbc大小相等方向相反，作用在一條直線上，相互抵消大小相等方向相反，作用在一條直線上，相互抵消。cos2BIlcos2BIlabFcdFab邊受到安培力邊受到安培力:2sin1BIlFabcd邊受到安培力邊受到安培力:2sin1BIlFcd Fab與與Fcd大小相等方向相反，不在大小相等方向相反，不在一條直線上，不能抵消，為一對力偶一條直線上，不能抵消，為一對力偶，產(chǎn)生力矩。，產(chǎn)生力矩。1l2looabcdIBnbcFdaF作俯視圖作俯視圖,sin22labFcdF)(ba)(cdI2lnBosin222lFMabsin21BlIl線圈

31、受到的力矩大小為：線圈受到的力矩大小為：sin2221lBIl如果為如果為N匝平面線圈匝平面線圈：sin21BlNIlM sinNISBS 閉合電流所包圍的面積！閉合電流所包圍的面積！大小大?。篘ISPm單位：單位：安培安培米米2方向方向:線圈正法線方向；線圈正法線方向；nNISPm 定義：定義：磁矩磁矩法線方向的單位矢量法線方向的單位矢量。nsinBPm考慮方向考慮方向：BPMmsinNISBM 力矩方向為：力矩方向為：四指從四指從 右旋到右旋到 ，大拇指指向。大拇指指向。mPB上述結(jié)論具有普遍上述結(jié)論具有普遍意義意義（也適用于帶電（也適用于帶電粒子沿任意閉合回路粒子沿任意閉合回路的運動或自

32、旋磁矩在的運動或自旋磁矩在磁場中受的力矩）磁場中受的力矩） 。abFcdF1l2looabcdIBnbcFdaFMmPB B1. . = 0 時時， 線圈處于線圈處于穩(wěn)定平衡態(tài)穩(wěn)定平衡態(tài)。這時如果。這時如果外界的擾動使線圈稍有偏離，磁場的外界的擾動使線圈稍有偏離，磁場的力矩會使它回到平衡位置。力矩會使它回到平衡位置。FmPoIFB Bo ImPFFM2. . = 90 時時：線圈受力矩最大線圈受力矩最大。3. . = 180 時時： 線圈處于線圈處于非穩(wěn)定平衡態(tài)非穩(wěn)定平衡態(tài)。這時如。這時如果外界的擾動使線圈稍有偏離，磁果外界的擾動使線圈稍有偏離，磁場的力矩會使它繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。場的力矩會使它繼續(xù)偏轉(zhuǎn)

33、。線圈受力矩為線圈受力矩為0。B BoImPFFsinNISBM 2. .討論討論sinBPmBPMm, 0M,NISB線圈受力矩為線圈受力矩為0。, 0M例例1：一半徑為一半徑為 R 的薄圓盤的薄圓盤, ,放在磁感應強度為放在磁感應強度為 B B 的均的均勻磁場中勻磁場中, , B B 的方向與盤面平行的方向與盤面平行, ,如圖所示如圖所示, ,圓盤表面的圓盤表面的電荷面密度為電荷面密度為 s , ,若圓盤以角速度若圓盤以角速度 w 繞其軸線轉(zhuǎn)動繞其軸線轉(zhuǎn)動, ,試求試求作用在圓盤上的磁力矩。作用在圓盤上的磁力矩。 BwsRdr解：解：取半徑為取半徑為 r, , 寬為寬為dr的圓環(huán)的圓環(huán)。圓

34、環(huán)帶電量圓環(huán)帶電量：rdrdqs2轉(zhuǎn)動形成電流轉(zhuǎn)動形成電流磁矩：磁矩：方向沿軸線向上方向沿軸線向上, ,所受磁力矩所受磁力矩：方向為方向為 w2dqTdqdIdIrdPm2drr3swrdrws2sinBdPdMmBdPmdrBr3swRdrBrdMM03sw44RBwsB B),(daadaaLLFLFABILF daadLIBLLBILA01II IcdababIFabF FcdF F)(ba)(cdI2ln nB Bod順時鐘方向為為規(guī)定的坐標正方向順時鐘方向為為規(guī)定的坐標正方向dsinISBMddA)(cosIBSd)cosBS(Id Id10IIIIdA011 . .載流導線在磁場中

35、運動時磁力的功載流導線在磁場中運動時磁力的功2 . .載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時磁力矩的功載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時磁力矩的功3.3.磁力的功磁力的功1.磁性材料磁性材料 磁性材料按化學成分分類，基本上可磁性材料按化學成分分類，基本上可分為金屬磁性材料與鐵氧體兩大類。金屬磁性材料主分為金屬磁性材料與鐵氧體兩大類。金屬磁性材料主要是鐵、鎳、鈷元素及其合金，如鐵硅合金、鐵鎳合要是鐵、鎳、鈷元素及其合金，如鐵硅合金、鐵鎳合金、鐵鈷合金、釤鈷合金、鉑鈷合金、錳鋁合金等等金、鐵鈷合金、釤鈷合金、鉑鈷合金、錳鋁合金等等。鐵氧體是指以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物。鐵氧體是指以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物。性材料被磁

36、化后，它們的磁性并不因為外磁場的消性材料被磁化后，它們的磁性并不因為外磁場的消失而完全消失，仍然剩余一部分磁性。按剩磁的情形失而完全消失，仍然剩余一部分磁性。按剩磁的情形分為軟磁性材料和硬磁性材料。軟磁性材料的剩磁弱分為軟磁性材料和硬磁性材料。軟磁性材料的剩磁弱，而且容易退磁。硬磁性材料的剩磁強，而且不容易，而且容易退磁。硬磁性材料的剩磁強，而且不容易退磁，適合于制成永久磁鐵。退磁，適合于制成永久磁鐵。2. 磁化與退磁磁化與退磁 使使 原來不顯磁性的物體在磁場中獲得磁性稱為原來不顯磁性的物體在磁場中獲得磁性稱為磁化。分子電流假說可以解釋磁化過程。一根軟鐵棒在未被磁化磁化。分子電流假說可以解釋磁

37、化過程。一根軟鐵棒在未被磁化前，內(nèi)部各分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互前，內(nèi)部各分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互 相抵消相抵消，對外界不顯磁性。當軟鐵棒受到外界磁場的作用時，各分子電，對外界不顯磁性。當軟鐵棒受到外界磁場的作用時，各分子電流的取向變得大體一致，軟鐵棒就被磁化了，兩端對外界顯示出流的取向變得大體一致，軟鐵棒就被磁化了，兩端對外界顯示出較強的磁作用，形成磁極。較強的磁作用，形成磁極。何物質(zhì)在磁場中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同何物質(zhì)在磁場中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物質(zhì)被磁化以后，就成為了一個磁體，與磁化它的磁體間發(fā)生。物質(zhì)被磁化以后，

38、就成為了一個磁體，與磁化它的磁體間發(fā)生同極相斥異極相吸的作用。鐵、鈷、同極相斥異極相吸的作用。鐵、鈷、 錳能夠被強烈磁化，所以能錳能夠被強烈磁化，所以能被磁鐵吸住。像銅、鋁這些金屬，磁化非常弱，受到的磁力也就被磁鐵吸住。像銅、鋁這些金屬，磁化非常弱，受到的磁力也就很弱，基本看不出來，這就是磁鐵不能吸銅和鋁的緣故。很弱，基本看不出來，這就是磁鐵不能吸銅和鋁的緣故。磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因為在激烈的熱運磁體受到高溫或猛烈的敲擊會失去磁性，這是因為在激烈的熱運動或機械運動的影響下，分子電流的取向又變得雜亂了。動或機械運動的影響下，分子電流的取向又變得雜亂了。3.最新磁性材料最新磁性

39、材料磁性是物質(zhì)的基本屬性，磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，納米磁性材料是20世紀70年代后逐步產(chǎn)生、發(fā)展、壯大而成為最富有生命力與寬廣應用前景的新型磁性材料。美國政府今年大幅度追加納米科技研究經(jīng)費，其原因之一是磁電于器件巨大的市場與高科技所帶來的高利潤，其中巨磁電阻效應高密度讀出磁頭的市場估計為10億美元，目前己進入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，磁隨機存儲器的市場估計為1千億美無，預計不久將投入生產(chǎn)，磁電子傳感器件的應用市場亦十分寬廣。納米磁性材料及應用大致上可分三大類型：1納米顆粒型* 磁記錄介質(zhì) * 磁性液體 * 磁性藥物 * 吸波材料2納米微晶型* 納米微晶永磁材料 * 納米微晶軟磁材料3納

40、米結(jié)構(gòu)型* 人工納米結(jié)構(gòu)材料 薄膜，顆粒膜，多層膜，隧道結(jié)* 天然納米結(jié)構(gòu)材料鈣鈦礦型化合物納米磁性材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，其原因是關(guān)聯(lián)于與磁相關(guān)的特征物理長度恰好處于納米量級，例如：磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸，交換作用長度，以及電子平均自由路程等大致處于1-100nm量級，當磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當時，就會呈現(xiàn)反常的磁學性質(zhì)。磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防，國民經(jīng)濟的方方面面緊密相關(guān)，磁記錄材料至今仍是信息工業(yè)的主體，磁記錄工業(yè)的產(chǎn)值約1千億美元，為了提高磁記錄密度，磁記錄介質(zhì)中的磁性顆粒尺寸已由微米，亞微米向納米尺度過度，例如合金磁粉的尺寸約80nm，鋇鐵氧

41、體磁粉的尺寸約40nm，進一步發(fā)展的方向是所謂量子磁盤，利用磁納米線的存儲特性，記錄密度預計可達400Gbin2，相當于每平方英寸可存儲 20萬部紅樓夢，由超順磁性所決定的極限磁記錄密度理論值約為6000Gbin2。近年來，磁盤記錄密度突飛猛進，現(xiàn)己超過10Gbin2，其中最主要的原因是應用了巨磁電阻效應讀出磁頭，而巨磁電阻效應是基于電子在磁性納米結(jié)構(gòu)中與自旋相關(guān)的輸運特性。 磁性液體最先用于宇航工業(yè)，后應用于民用工業(yè)，這是十分典型的納米顆粒的應用，它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌散在基液中而構(gòu)成。目前美、英、日、俄等國都有磁性液體公司，磁性液體廣泛地應用于旋轉(zhuǎn)密封，如磁盤驅(qū)動

42、器的防塵密封、高真空旋轉(zhuǎn)密封等，以及揚聲器、阻尼器件、磁印刷等應用。磁性納米顆粒作為靶向藥物，細胞分離等醫(yī)療應用也是當前生物醫(yī)學的一熱門研究課題，有的已步入臨床試驗。1967年SmCO5。第一代稀土永磁材料問世，樹立了永磁材料發(fā)展史上新的里程碑，1972年第二代Sm2CO17；稀土永磁材料研制成功，1983年高性能。低成本的第三代稀土永磁材料 NdFeB誕生，奠定了稀土永磁材料在永磁材料中的霸主地位。1993年日本稀土永磁的產(chǎn)值首次超過永磁鐵氧體，預計2000年全球燒結(jié)NdFeB的產(chǎn)值將達到30億美元，并超過永磁鐵氧體。燒結(jié)NdFeB的磁性能為永磁鐵氧體的12倍，因此，在相似的情況下，體積、重

43、量均將大為減小，從而可實現(xiàn)高效、低能的目的。納米復合雙柏稀土永磁材料適用于制備微型、異型電機，是稀土永磁材料研究與應用中的重要方向。軟磁材料的發(fā)展經(jīng)歷了晶態(tài)、非晶態(tài)、納米微晶態(tài)的歷程。納米做晶金屬軟磁材料具有十分優(yōu)異的性能，高磁導率，低損耗、高飽和磁化強度，己應用于開關(guān)電源、變壓器。傳感器等，可實現(xiàn)器件小型化、輕型化、高頻化以及多功能化，近年來發(fā)展十分迅速。磁電子納米結(jié)構(gòu)器件是20世紀末最具有影響力的重大成果。除巨磁電阻效應讀出磁頭、MRAM、磁傳感器外，全金屬晶體管等新型器件的研究正方興未艾。磁電子學已成為一門頗受青睞的新學科。4.地磁場地磁場磁場的溫差電自轉(zhuǎn)相對運動產(chǎn)生電磁場起源論英國物理

44、學家吉伯(William Gilbert)于1600年首次證實地球存在地磁場。在近似情況下，地磁場和一均勻磁化球體或磁偶極子的磁場分布相類似，地磁場由穩(wěn)定磁場和變化磁場兩部分組成，其中大約94為穩(wěn)定磁場。關(guān)于穩(wěn)定磁場的起源有多種假說，主要一種假說認為地核中物質(zhì)對流動所形成的渦流是偶極子磁場的形成原因。變化磁場主要起因于電離層中存在的電流和太陽噴射出來的帶電粒子流。經(jīng)筆者對地磁場研究后認為，地磁場的真正來源是地球溫差電的自轉(zhuǎn)相對運動產(chǎn)生的電磁場，其中的磁場就是電磁場。地球的溫差電現(xiàn)象地球的溫差電現(xiàn)象如果我們在一絕緣金屬棒的一端加熱，實驗表明，此時在金屬棒的兩端便會形成一個電位差，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原

45、因可解釋為：金屬棒中的自由電子好象氣體一樣，當溫度不均時會產(chǎn)生熱擴散，自由電子將從高溫端擴散到低溫端，從而在導體內(nèi)形成電場。此時在金屆棒內(nèi)形成電位差，直至這種非靜電力的熱擴散與導體內(nèi)電場相平衡為止，從而使金屬棒內(nèi)高溫端帶正電，而低溫端帶負電。這就是溫差電現(xiàn)象。地球的溫差電現(xiàn)象形成與此類似。地球自轉(zhuǎn)相對運動產(chǎn)生電磁場地球自轉(zhuǎn)相對運動產(chǎn)生電磁場 地球上任意兩點間都有一定大小的相對運動，也就是存在線速度差，這使得地球的溫差電電荷相互間都有一定大小的相對運動，并由此產(chǎn)生出溫差電電荷相對運動形成的電磁場，其中的磁場就是地磁場。反向錯位端點重疊雙電偶極子反向錯位端點重疊雙電偶極子(電四極子電四極子)自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)相對運動產(chǎn)生電磁場的現(xiàn)象相對運動產(chǎn)生電磁場的現(xiàn)象 為簡化地球的溫差電電荷相對運動產(chǎn)生電磁場中的磁場部分的理解，可以設(shè)想出一個反向錯位瑞點重疊的雙電偶極子繞重疊中心由西向東旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個磁場北極指向南方的例子作類比，如右圖所示。通過簡單的計算發(fā)現(xiàn)，不論觀測者靜止在重疊中心觀察，還是固定靜止于