第8章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)(趙靜芳)

1、-第第8章章 穩(wěn)恒穩(wěn)恒磁場(chǎng)磁場(chǎng) 8.1 電流電動(dòng)勢(shì)電流電動(dòng)勢(shì)8.2 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度8.3 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理8.4 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用8.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用8.6 磁介質(zhì)磁介質(zhì) -靜電荷靜電荷運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng), 磁場(chǎng)磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng) 學(xué)習(xí)方法：類(lèi)比法學(xué)習(xí)方法：類(lèi)比法穩(wěn)恒電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng)穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流-8.1 電流電流 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)一、電流密度帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。 方向方向規(guī)定規(guī)定：正電荷運(yùn)動(dòng)方向正電荷運(yùn)動(dòng)方向1.電流強(qiáng)度：電流強(qiáng)度：dtdqI 2.電流密度電流密度: 描

2、述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電流分布情況描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電流分布情況電阻法探礦電阻法探礦-I E dSI定義：定義： 電流密度電流密度ndSdIj 方向：方向：Ej/單位：?jiǎn)挝唬?Am2若若dS的法線的法線n與與j成角成角 ,則則通過(guò)通過(guò)dS的電流的電流n)(EjdS dS jdSdISdjjdS cos sSdjI-二、二、 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì). 非靜電力與電源非靜電力與電源一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢(shì)差不能維持穩(wěn)恒電流一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢(shì)差不能維持穩(wěn)恒電流-ABEkE用電器非靜電力非靜電力: 能把正電荷從電勢(shì)較低的點(diǎn)（電源負(fù)極能把正電荷從電勢(shì)較低的點(diǎn)（電源負(fù)極板）送到電勢(shì)較高的點(diǎn)（電源正極板）的作用力，板）送到電勢(shì)較

3、高的點(diǎn)（電源正極板）的作用力，記作記作 Fk 。-非靜電場(chǎng)強(qiáng)非靜電場(chǎng)強(qiáng):qFEk非 表示單位正電荷受到的非靜電力表示單位正電荷受到的非靜電力電源電源: 能夠提供非靜電力的裝置能夠提供非靜電力的裝置.電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì) 定義定義:把單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)把單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)，電源中的非靜電力所做的功，電源中的非靜電力所做的功 .qA 方向方向: -用非靜電場(chǎng)強(qiáng)定義電源電動(dòng)勢(shì)用非靜電場(chǎng)強(qiáng)定義電源電動(dòng)勢(shì) l dEql dFAkk 0ldEk 如果對(duì)整個(gè)回路進(jìn)行積分，則非靜強(qiáng)場(chǎng)的環(huán)流。如果對(duì)整個(gè)回路進(jìn)行積分，則非靜強(qiáng)場(chǎng)的環(huán)流。l dEk 這時(shí)電動(dòng)勢(shì)的方向與回路中電

4、流的方向一致。這時(shí)電動(dòng)勢(shì)的方向與回路中電流的方向一致。-8.2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 一、 基本磁現(xiàn)象1.自然磁現(xiàn)象自然磁現(xiàn)象同極相斥同極相斥,異極相吸異極相吸天然磁石天然磁石SNSN磁性、磁體、磁極磁性、磁體、磁極2.電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng) 18191820年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特首先發(fā)現(xiàn)特首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)-ISN-磁現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)電荷之間有著密切的聯(lián)系。磁現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)電荷之間有著密切的聯(lián)系。 1822年安培提出了年安培提出了 用用分子電流分子電流來(lái)解釋磁性起源來(lái)解釋磁性起源nINS電荷的運(yùn)動(dòng)是一切磁現(xiàn)象的根源。電荷的運(yùn)動(dòng)是一切磁現(xiàn)象的根源。-二、磁感應(yīng)強(qiáng)度電

5、流電流(或磁鐵或磁鐵) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 電流電流(或磁鐵或磁鐵)1.磁場(chǎng)磁場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流) 激發(fā)磁場(chǎng)。激發(fā)磁場(chǎng)。 同時(shí)也激發(fā)電場(chǎng)。同時(shí)也激發(fā)電場(chǎng)。磁場(chǎng)對(duì)外的重要表現(xiàn)為：磁場(chǎng)對(duì)外的重要表現(xiàn)為：(1) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流)有磁力作用有磁力作用(2) 磁力作功，表明磁場(chǎng)具有能量。磁力作功，表明磁場(chǎng)具有能量。2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁矩磁矩:nSIpm Ipmpm與與I組成右螺旋組成右螺旋nSNIpm 0- 磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向: 規(guī)定線圈在規(guī)定線圈在穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡位置時(shí)的磁矩的方向位置時(shí)的磁矩的方向S mpB 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小:當(dāng)實(shí)驗(yàn)線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過(guò)當(dāng)

6、實(shí)驗(yàn)線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過(guò)90900 0時(shí)時(shí)，線圈所受磁力矩為最大，線圈所受磁力矩為最大, ,且且mpM maxmpMBmax 單位單位: 1特斯拉特斯拉104高斯高斯（1T104GS）-三、磁通量磁場(chǎng)中的高斯定理磁通量磁場(chǎng)中的高斯定理1.磁感線磁感線 磁感線切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場(chǎng)方向。磁感線切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場(chǎng)方向。BaaBbbBccB 定量地描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱定量地描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱,B大小定義為：大小定義為： SB dSdBm-I直線電流磁力線直線電流磁力線I圓電流磁力線圓電流磁力線I通電螺線通電螺線管磁力線管磁力線(1)磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場(chǎng)是都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)。渦旋

7、場(chǎng)。(2) 任意兩條任意兩條磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線在空間不相交。在空間不相交。(3)磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則方向與電流方向遵守右螺旋法則-2. 磁通量磁通量 穿過(guò)磁場(chǎng)中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱(chēng)為該曲穿過(guò)磁場(chǎng)中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱(chēng)為該曲面的磁通量，用符號(hào)面的磁通量，用符號(hào)m表示。表示。 SBn SdBdm smsdB3.3.磁場(chǎng)中的高斯定理磁場(chǎng)中的高斯定理 SB smsdB ssdB0穿過(guò)穿過(guò)任意任意閉合曲面的磁通量為零閉合曲面的磁通量為零(1) 磁力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線，磁力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線，(2) 磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng) (無(wú)磁單極存在無(wú)磁單極存在) -四、畢

8、奧薩伐爾定律 1.1.穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng) 電流元電流元lIdIplIdrBd2),sin(rrl dIdlkdB ,104170 AmTk 170104 AmT dB 的方向的方向)/(rl dBd 2004rrlIdBd 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律-對(duì)一段載流導(dǎo)線對(duì)一段載流導(dǎo)線2004rrlIdBl 若若 =0或或 ，則，則dB=0， 即電流元即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場(chǎng)不在自身方向上激發(fā)磁場(chǎng)。若若 = /2，則，則dB最大最大 (其它因素不變下其它因素不變下)2.2.運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)在非相對(duì)論條件下的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在非相對(duì)論條件下的電場(chǎng)與磁場(chǎng)電流的微觀形式電流的微觀

9、形式dtdl I- 若載流子的若載流子的數(shù)密度為數(shù)密度為n，電量為電量為q，運(yùn)動(dòng)速度為運(yùn)動(dòng)速度為 ，則則dt時(shí)間內(nèi)通過(guò)時(shí)間內(nèi)通過(guò)s截面的電量截面的電量 dtdQI dtdtsnq qns 2004rrl dqnsBd 2004rrqnsdl 電流元電流元Idl中載流子中載流子(運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷)有有 dN個(gè)個(gè)sdlndN dtsn dNBdB 2004rdNrnsdlq )(2004rrqB 畢奧薩伐爾定畢奧薩伐爾定律的微觀形式律的微觀形式- Bqpr Bpr正、負(fù)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向正、負(fù)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向-五、畢奧薩伐爾定律的應(yīng)用 1.載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng) r xyz0B

10、d2 1 已知：真空中已知：真空中I、 1、 2、a取電流元取電流元Idl, 如圖如圖lIdP204sinrIdldB 所有電流元在所有電流元在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同 204sinrIdldBll B設(shè)設(shè)0P=a,則則 : cosar cossin atgl 2cosdadl - coscoscos42220 LadaIB 120sinsin4 aIB 21cos40 daI關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定 以以O(shè)P為起始線為起始線, 角增加的方向與電流方向相角增加的方向與電流方向相同，則為正，反之，則為負(fù)。同，則為正，反之，則為負(fù)。 p01 2 p01 2

11、 p01 2 -無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng) 2221 aIB 20 半無(wú)限長(zhǎng)半無(wú)限長(zhǎng)電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng)2021 aIB 40 直導(dǎo)線延長(zhǎng)線上直導(dǎo)線延長(zhǎng)線上電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng) ? BIB20sin4rIdldB 0 0 dB0 B-2.圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場(chǎng)圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場(chǎng) 已知已知: R、I，圓心角為圓心角為，求在圓心求在圓心O點(diǎn)的磁感點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度.任取電流元任取電流元lIdlIdrR2004rrlIdBd 204RIdldB 204RIdlBL dRIRdRI 0002044 220 RIB方向：方向： 右手螺旋法則右手螺旋法則 圓電流中心的磁場(chǎng)圓電流中心的磁

12、場(chǎng) RIB20 1/n 圓電流的中心的磁場(chǎng)圓電流的中心的磁場(chǎng)RInB210 -8.3安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 一、安培環(huán)路定理 在靜電場(chǎng)中在靜電場(chǎng)中 0 l dEl在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中 ? l dBlILl drBdBl dr1. 任意積分回路任意積分回路 cosl dBl dB rdB ll dB rdrI 2002II0022 -2. 積分回路不環(huán)繞電流積分回路不環(huán)繞電流AB BLA11l d1B d dIdrrIldB22011011 BLA2d2l d2B dIdrrIl dB22022022 ABBAldIdIl dB2200 000022dIdI0)(2000 ddI0 ll

13、dB-3 . 積分回路環(huán)繞多個(gè)載流導(dǎo)線積分回路環(huán)繞多個(gè)載流導(dǎo)線I4I5iBB l dBl dBlli I1I2I3 lil dB iI0 ilIl dB0 若電流流向與積分環(huán)路構(gòu)成右手螺旋，若電流流向與積分環(huán)路構(gòu)成右手螺旋，I取正值；取正值；反之，反之，I取負(fù)值取負(fù)值.- 在真空中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度在真空中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任意沿任意閉合曲線的積分閉合曲線的積分(環(huán)流環(huán)流)，等于該閉合曲線所環(huán)繞的，等于該閉合曲線所環(huán)繞的電流的代數(shù)和的電流的代數(shù)和的 0倍倍. 稱(chēng)為磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理稱(chēng)為磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理說(shuō)明：說(shuō)明：(1) B是是dl處的總磁場(chǎng)處的總磁場(chǎng)(2)只適用于只適用于

14、穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流(閉合或延伸到閉合或延伸到)I1 0I2 RrIB 2外2222RIrrRII rR22RIrB 內(nèi)-討論：討論：分布曲線分布曲線RI 20BRr0 RrrIRrRIrB 22020 長(zhǎng)直載流圓柱面。已知：長(zhǎng)直載流圓柱面。已知：I、RRIrBl dB 2 RrIRr00 RrrIRrB 200rRORI 20B-8.4磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用一、安培定律 安培首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)處，電安培首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)處，電流元流元Idl所受的磁力為所受的磁力為l lIdB BB Bl lIddfBlIdfd 大小大小:),sin(Bl dBIdl

15、df 方向方向:BlIdfd /df積分形式積分形式 LBlIdf-載流直導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的安培力載流直導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的安培力B 取電流元取電流元lIdlIdBlIdfd 受力方向受力方向 Fd力大小力大小 sinBIdldf 積分積分 LBIdlf sin LdlBI sin sinBLIf BI 00 f-IBBLIf max 232 -解：解：dlBIdf2 LdffdxxII 2210 dLdII ln2210 例：求一無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線的磁場(chǎng)對(duì)另一直載流例：求一無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線的磁場(chǎng)對(duì)另一直載流 導(dǎo)線導(dǎo)線ab的作用力。的作用力。 已知：已知：I1、I2、d、L LdddxxI

16、I 2210Lxdba1I2Ifdl dI2-二、無(wú)限長(zhǎng)兩平行載流直導(dǎo)線間的相互作用力 C、D兩導(dǎo)線的距離為兩導(dǎo)線的距離為a。電流方向相同。電流方向相同I1I2aCDI2dl2I1dl1B2df1B1df2BlIdfd aIB 2101 2212dlIBdf 221022dlaIIdf aIB 2202 1121dlIBdf 121012dlaIIdf aIIdldf 221022 aIIdldf 221011 -單位長(zhǎng)度載流導(dǎo)線所受力為單位長(zhǎng)度載流導(dǎo)線所受力為 aIIdldf21024 電流的單位安培可定義如下：電流的單位安培可定義如下： 在真空中相距在真空中相距1 m的兩條無(wú)限長(zhǎng)平行導(dǎo)線中

17、通以的兩條無(wú)限長(zhǎng)平行導(dǎo)線中通以相等的電流，若每米長(zhǎng)度導(dǎo)線受到的磁力為相等的電流，若每米長(zhǎng)度導(dǎo)線受到的磁力為2107 N，則導(dǎo)線中的電流定義為，則導(dǎo)線中的電流定義為1 A. 02112 dldfaIII )(1104102277A -三、磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)平面載流線圈的作用勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)平面載流線圈的作用dabcmp設(shè)設(shè) ab=cd= l2 , ad=bc =l1 pm與與B夾角為夾角為 da邊邊:BdaIf 11f sin11IBlf bc邊邊:BbcIf /1/1f sin)sin(11/1IBlIBlf ab邊邊:BabIf 2/2f2fIBlf22 cd邊邊:BcdIf /2IB

18、lf2/2 -線圈在均勻磁場(chǎng)受合力線圈在均勻磁場(chǎng)受合力0/22/11 fffff f2 和和 f /2產(chǎn)生一力偶矩產(chǎn)生一力偶矩mp f2f2 /)cos(2212 lfM 2 sin122lffM sin12lIBl sinBIS sinBPMm BpMm -說(shuō)明說(shuō)明:(1)0 Bpm/1f 1f2f 2f M0 穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡 (2) Bpm /1f 1f2f 2fM0 非穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡 (3)2 Bpm B 2f 2fBpMm maxmpMBmax -四、磁力的功1.1.磁力對(duì)載流導(dǎo)線做功磁力對(duì)載流導(dǎo)線做功 設(shè)一均勻磁場(chǎng)設(shè)一均勻磁場(chǎng)B，ab長(zhǎng)為長(zhǎng)為l，電流，電流IbdacIFa/b/

19、BIlF aalBIaaFA mIA mISIBA 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)電流不變時(shí)，功等于電流乘以在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)電流不變時(shí)，功等于電流乘以回路面積內(nèi)回路面積內(nèi)磁通量的增量磁通量的增量-2. 載流線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁力矩所做的功載流線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁力矩所做的功 mPBpMm sin BISMM作功，使作功，使 減少減少 d dMdA mdIBSdIdA )cos( mdIdA dBISdA sinmIdA 21-例例8-18-1：一半徑為一半徑為R R的半圓形閉合線圈，通有電流的半圓形閉合線圈，通有電流I I，線圈放在均勻外磁場(chǎng)線圈放在均勻外磁場(chǎng)B B中，中，B B的方向與線圈平面成的方向與線圈平

20、面成30300 0角，如右圖，設(shè)線圈有角，如右圖，設(shè)線圈有N N匝，問(wèn)：匝，問(wèn)：（1）線圈的磁矩是多少？）線圈的磁矩是多少？ （2）此時(shí)線圈所受力矩的大小和方向？）此時(shí)線圈所受力矩的大小和方向？ （3）圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時(shí)，）圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時(shí)， 磁力矩作功是多少？磁力矩作功是多少？B060解：（解：（1）線圈的磁矩）線圈的磁矩nNISpm nRNI22 pm的方向與的方向與B成成600夾角夾角（2）線圈所受力矩為）線圈所受力矩為BpMm -大小為大小為:060sinBpMm 243RNIB 方向?yàn)榇怪庇诜较驗(yàn)榇怪庇贐的方向向上。的方向向上。B060（3）磁力矩作功為）磁力矩作功為 mm

21、mNINIA12 02260cos22RBRBNI 24RNIB 磁力矩作正功磁力矩作正功-0 l dE穩(wěn)恒磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng) iiIl dB0 0 SdB isqSdE01 磁場(chǎng)沒(méi)有保守性，它是磁場(chǎng)沒(méi)有保守性，它是非保守場(chǎng)，或無(wú)勢(shì)場(chǎng)非保守場(chǎng)，或無(wú)勢(shì)場(chǎng)電場(chǎng)有保守性，它是電場(chǎng)有保守性，它是保守場(chǎng)，或有勢(shì)場(chǎng)保守場(chǎng)，或有勢(shì)場(chǎng)電力線起于正電荷、電力線起于正電荷、止于負(fù)電荷。止于負(fù)電荷。靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)靜電場(chǎng)是有源場(chǎng) 磁力線閉合、磁力線閉合、無(wú)自由磁荷無(wú)自由磁荷磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)-8.5磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用一、洛倫茲力 荷蘭物理學(xué)家洛侖茲從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出運(yùn)動(dòng)電荷荷蘭物理學(xué)家洛侖茲從實(shí)驗(yàn)總結(jié)

22、出運(yùn)動(dòng)電荷所受到的磁場(chǎng)力其大小和方向可用下式表示所受到的磁場(chǎng)力其大小和方向可用下式表示Bqfm 安培力的微觀本質(zhì)安培力的微觀本質(zhì) 是運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)力的集體宏觀表現(xiàn)是運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)力的集體宏觀表現(xiàn) BlIdFd sqnI Bl dsqnFd )( nsdldN 因此因此,BqnsdlBqnsdldNFdfm -(1) fm ( ,B) 所組成的平面。所組成的平面。 fm 對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.(2)關(guān)于正負(fù)電荷受力方向關(guān)于正負(fù)電荷受力方向fB B f(3) 電荷電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，受的合力：時(shí)，受的合力：)(BEqF 電場(chǎng)力電場(chǎng)力磁場(chǎng)力磁場(chǎng)力洛侖茲關(guān)系式洛

23、侖茲關(guān)系式-二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(忽略重力) 1.粒子速度粒子速度B/0 2.粒子速度粒子速度B 0 B 00 mf0 fm=q 0 BBqRm020 回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 qBmR0 0 R回轉(zhuǎn)周期回轉(zhuǎn)周期 qBmRT 220 回轉(zhuǎn)頻率回轉(zhuǎn)頻率 mqBT 21 -3.粒子速度粒子速度 與與 成成角角0 BB / cos0/ sin0回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 qBmR 回轉(zhuǎn)周期回轉(zhuǎn)周期 qBmT 2 螺距螺距 /2/ qBmTh -1879年，年僅年，年僅24歲的美國(guó)物理學(xué)家霍耳首先發(fā)現(xiàn)，歲的美國(guó)物理學(xué)家霍耳首先發(fā)現(xiàn)， 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，寬度為在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，寬度為b，厚度為，厚度為d片狀金屬導(dǎo)片狀金

24、屬導(dǎo)體，當(dāng)通有與磁感應(yīng)強(qiáng)度體，當(dāng)通有與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直的電流的方向垂直的電流I時(shí)，時(shí)，在金屬片在金屬片兩側(cè)兩側(cè)出現(xiàn)電勢(shì)差出現(xiàn)電勢(shì)差UH，如圖示，此種效應(yīng)，如圖示，此種效應(yīng)稱(chēng)為霍耳效應(yīng)，電勢(shì)差稱(chēng)為霍耳效應(yīng)，電勢(shì)差UH稱(chēng)為霍耳電勢(shì)差稱(chēng)為霍耳電勢(shì)差BIU1U2dbbIBRUHH RH-霍耳系數(shù)霍耳系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：UH與導(dǎo)體塊的寬度與導(dǎo)體塊的寬度b無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)三、霍耳效應(yīng)-帶負(fù)電的載流子的金屬導(dǎo)體為例帶負(fù)電的載流子的金屬導(dǎo)體為例Befm IMN霍耳系數(shù)的微觀解釋霍耳系數(shù)的微觀解釋 mfHEef附加電場(chǎng)附加電場(chǎng) EH:HeEef 平衡時(shí)平衡時(shí)HeEBe BEH HNMbEUU Bb 電流強(qiáng)度為

25、電流強(qiáng)度為bdnesneI bdneI BbdneIbUUUNMH dIBne 1-nekH1 dIBkUHH 說(shuō)明說(shuō)明:(1) e0時(shí)，時(shí)，kH0時(shí)，時(shí)，kH0,0 HU(3) kH與載流子濃度與載流子濃度n成反比：成反比：半導(dǎo)體中霍耳效應(yīng)比金屬中顯著。半導(dǎo)體中霍耳效應(yīng)比金屬中顯著。-8.6 磁磁 介介 質(zhì)質(zhì)一、磁介質(zhì)的分類(lèi) 凡是能影響磁場(chǎng)的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。凡是能影響磁場(chǎng)的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。物質(zhì)受到磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生磁性的現(xiàn)象叫磁化。物質(zhì)受到磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生磁性的現(xiàn)象叫磁化。總磁場(chǎng)總磁場(chǎng):0B/B /0BBB 相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率0BBr 0BBr 三類(lèi)磁介質(zhì)三類(lèi)磁介質(zhì) 順磁質(zhì)：順磁質(zhì)： 1 如如:錳、

26、鎘、鋁等。錳、鎘、鋁等。 抗磁質(zhì)：抗磁質(zhì)： 1 如鐵、鈷、鎳及其合金等。如鐵、鈷、鎳及其合金等。-二、抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)的磁化 電子軌道磁矩電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子自旋磁矩分子磁矩分子磁矩 pm分分等效等效分子電流分子電流 i分分i分分S分分分mp1.順磁質(zhì)及其磁化順磁質(zhì)及其磁化分子的固有磁矩不為零分子的固有磁矩不為零0 mp 無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。0 mp- 有外磁場(chǎng)時(shí)，分子磁矩要有外磁場(chǎng)時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩的作用，使分子受到一個(gè)力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)的

27、方向。磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)的方向。0B0BpMm Mmp0BB 分子磁矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和外磁場(chǎng)方向一致，分子磁矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和外磁場(chǎng)方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。-2. 抗磁質(zhì)及其磁化抗磁質(zhì)及其磁化抗磁質(zhì)分子固有磁矩抗磁質(zhì)分子固有磁矩0 mp無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)0 mp在外磁場(chǎng)中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩在外磁場(chǎng)中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩電子軌道磁矩電子軌道磁矩Lmp Smp 電子自旋磁矩電子自旋磁矩mp 與外磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向反向方向反向電子的附加磁矩總是削弱外磁場(chǎng)的作用。電子的附加磁矩總是削弱外磁場(chǎng)的作用。0BB 抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的

28、特性。抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的特性。-3. 電子的進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩電子的進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩以電子的軌道運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典模型解釋以電子的軌道運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典模型解釋mpLBM 電子受的磁力矩電子受的磁力矩BpMm 電子軌道角動(dòng)量增量電子軌道角動(dòng)量增量LtMdd iL LdL旋進(jìn)，旋進(jìn)，附加的角動(dòng)量附加的角動(dòng)量 L*Lmp /BB它引起的磁矩反平行于它引起的磁矩反平行于削弱磁場(chǎng)，抗磁。削弱磁場(chǎng)，抗磁。-mpLBM Ld*Lmp /B 加上外磁場(chǎng)后加上外磁場(chǎng)后, ,總是產(chǎn)生一個(gè)與總是產(chǎn)生一個(gè)與B B0 0方向相反方向相反的附加磁場(chǎng)的附加磁場(chǎng)-三、磁化強(qiáng)度定義定義:順磁質(zhì)順磁質(zhì) VpMmV 0lim抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)

29、 VpMmV 0lim用來(lái)描述磁化的強(qiáng)弱用來(lái)描述磁化的強(qiáng)弱 V-宏觀小、微觀大宏觀小、微觀大順磁質(zhì)順磁質(zhì):M平行于平行于B抗磁質(zhì)抗磁質(zhì):反平行于反平行于MBBM和和 呈非線性關(guān)系呈非線性關(guān)系鐵磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：-四、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 有磁介質(zhì)存在時(shí)，任一點(diǎn)的磁場(chǎng)是由傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)存在時(shí)，任一點(diǎn)的磁場(chǎng)是由傳導(dǎo)電流I0和磁化電流和磁化電流IS共同產(chǎn)生的共同產(chǎn)生的.)(0sLIIl dB sIdlM dlMIIIl dBsL 000)( IldMBl)(0 定義定義:磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 MBH 0 單位：?jiǎn)挝唬?Am1 Il dHlI 是穿過(guò)回路是穿過(guò)回路l所圍的所圍的傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流的代數(shù)和的代

30、數(shù)和-磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理： 在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H沿任一閉合路沿任一閉合路徑的線積分徑的線積分(即即H的環(huán)流的環(huán)流)等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān). -五、B與H的關(guān)系 MBH 0 均勻各向同性的磁介質(zhì)均勻各向同性的磁介質(zhì)HMm m稱(chēng)為磁介質(zhì)的磁化率稱(chēng)為磁介質(zhì)的磁化率HB)1(0m HH r0)1(m r0 r r稱(chēng)為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率；稱(chēng)為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率； 為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率 -電介質(zhì)中的電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的安培環(huán)路

31、定理安培環(huán)路定理 SiSqqSdE)(/01 LsLLIIl dB00 l dMIl dBLLL 00 LLIl dMB)(0 MBH 0 LLIl dH SSSSdPqSdE0011 SSqSdPE)(0 PED 0 VeSdVSdD -之之間的關(guān)系間的關(guān)系MHB,之間的關(guān)系之間的關(guān)系EDP,HMm EPe0 MBH 0 PED 0 HBm)( 10EDe01 )( )(mr 1)(er 1HHBr 0EEDr 0r 稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 稱(chēng)為相對(duì)電容率稱(chēng)為相對(duì)電容率或相對(duì)介電常量或相對(duì)介電常量r -例例8-2：一根一根“無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)”的直圓柱形銅導(dǎo)線，外包一層相

32、對(duì)磁導(dǎo)的直圓柱形銅導(dǎo)線，外包一層相對(duì)磁導(dǎo)率為率為r的圓筒形磁介質(zhì)，導(dǎo)線半徑為的圓筒形磁介質(zhì)，導(dǎo)線半徑為R1，磁介質(zhì)的外半徑為，磁介質(zhì)的外半徑為R2，導(dǎo)線內(nèi)有電流導(dǎo)線內(nèi)有電流I通過(guò)，電流均勻分布在橫截面上，如圖求：通過(guò)，電流均勻分布在橫截面上，如圖求：(1)介質(zhì)內(nèi)外的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，并畫(huà)出介質(zhì)內(nèi)外的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，并畫(huà)出Hr圖，加以說(shuō)明圖，加以說(shuō)明(r是磁是磁場(chǎng)中某點(diǎn)到圓柱軸線的距離場(chǎng)中某點(diǎn)到圓柱軸線的距離)；(2)介質(zhì)內(nèi)外的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，并畫(huà)出介質(zhì)內(nèi)外的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，并畫(huà)出Br圖，加以說(shuō)明圖，加以說(shuō)明解：解：2iLH dlrHI12iHIr在垂直于軸線的平面上，選擇積分回路在垂直于軸線的平面上，選擇積分回路L為以為以圓柱軸線為圓心、圓柱軸線為圓