大學(xué)物理恒定磁場市公開課獲獎?wù)n件

1、大學(xué)物理助學(xué)大連理工大學(xué)物理系PHYH余 虹10/10/1DUT 余 虹第1頁第1頁第8章 恒定磁場10/10/2DUT 余 虹第2頁第2頁自然界各種基本力能夠互相轉(zhuǎn)化。終歸電是否以隱蔽方式對磁體有作用？17世紀(jì)，吉爾伯特、庫侖曾認(rèn)為：電與磁無關(guān)！1731年 英國商人 雷電后，刀叉帶磁性！1751年富蘭克林萊頓瓶放電后，縫衣針磁化了！18 奧斯忒8.1 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁力與磁現(xiàn)象10/10/3DUT 余 虹第3頁第3頁電與磁奧斯忒184月丹麥物理學(xué)家奧斯特在哥本哈根大學(xué)作相關(guān)電和磁演講，接通電源時，他發(fā)覺放在邊上磁針輕輕抖動了一下，他意識到這是盼望已久電流磁效應(yīng)。II187月21日，奧斯

2、忒以拉丁文報導(dǎo)了60次試驗結(jié)果。10/10/4DUT 余 虹第4頁第4頁 Q0靜止 Q0運(yùn)動 靜止 運(yùn)動 運(yùn)動電荷除了在周圍產(chǎn)生電場外，尚有另一個場只對運(yùn)動電荷起作用磁場穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場叫穩(wěn)恒磁場。Q0場源電荷受力10/10/5DUT 余 虹第5頁第5頁 靜止電荷靜止電荷靜止電荷之間作用力 電力運(yùn)動電荷之間作用力 電力+ 磁力 運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷闡明1、磁場由運(yùn)動電荷(或電流)產(chǎn)生;3、磁場是物質(zhì)有能量、有質(zhì)量二、磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度 電場 磁場傳遞磁互相作用2、磁場對運(yùn)動電荷(或電流)有力作用;10/10/6DUT 余 虹第6頁第6頁洛侖茲力運(yùn)動電荷在電磁場中受力磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計試驗檢查空間一點磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度單位 T 或 Gs 1Gs =10 4 T磁場服從疊加原理q 沿此直線運(yùn)動時10/10/7DUT 余 虹第7頁第7頁畢奧-薩伐爾定律真空磁導(dǎo)率疊加原理三、畢奧-薩伐爾定律II 10/10/8DUT 余 虹第8頁第8頁求：直線電流磁場分布。方向 -l L 則 1=0 2= l21例題IO方向：右手定則10/10/9DUT 余 虹第9頁第9頁求：圓電流軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度。例題xRxI10/10/10DUT 余 虹第10頁第10頁求：一段圓弧圓電流在其曲率中心處磁場。例題方向 解：RIabI dl10/10/11DUT 余 虹第11頁第11頁例題寬度為 a 無限長金屬平板，均勻通電流I，將板細(xì)分

4、為許多無限長直導(dǎo)線每根導(dǎo)線寬度為 d x 通電流解：建立坐標(biāo)系所有dB 方向都同樣： 求：圖中P點磁感應(yīng)強(qiáng)度。Ix0 xPd10/10/12DUT 余 虹第12頁第12頁一、磁感應(yīng)線 磁通量2.與形成磁場電流相套連.磁感應(yīng)線特點1. 無頭無尾閉合曲線.單位 韋伯（W b）I8.2 磁場高斯定理10/10/13DUT 余 虹第13頁第13頁二、高斯定理 磁場是無源場.磁感應(yīng)線是閉合曲線.求穿過旋轉(zhuǎn)曲面磁通量，能夠通過求穿過平面圓磁通量。為何？10/10/14DUT 余 虹第14頁第14頁正向穿過以L為邊界任意曲面電流代數(shù)和。I1I2I3L2L1磁場 B 由所有電流奉獻(xiàn)！8.3 安培環(huán)路定理一、安

5、培環(huán)路定理10/10/15DUT 余 虹第15頁第15頁二、 安培環(huán)路定理應(yīng)用用來求解含有高度對稱磁場求：無限長直線電流磁場解：對稱性分析磁感應(yīng)線是 躺在垂直平面上同心圓。例題IBL0rB選環(huán)路10/10/16DUT 余 虹第16頁第16頁求：無限長圓柱面電流磁場例題ILRr解：對稱性分析磁感應(yīng)線是 躺在垂 直平面上同心圓。選環(huán)路10/10/17DUT 余 虹第17頁第17頁 與軸平行！例題求：均勻密繞無限長直螺線管磁場（已知 n 、I）解：對稱性分析管內(nèi)垂軸平面上任意一點 垂直平面有限長螺線管當(dāng) LR ，在中部也有此結(jié)果在端部 10/10/18DUT 余 虹第18頁第18頁例題求：均勻密繞螺

6、線環(huán)磁場（已知 中心半徑R，總匝數(shù)N，電流強(qiáng)度I）解：對稱性分析管內(nèi)任意一個垂軸平面都是對稱面磁感應(yīng)線是一組同心圓IRrrLR1R20 （其它）與環(huán)橫截面形狀無關(guān)。10/10/19DUT 余 虹第19頁第19頁一、在 均勻磁場勻速直線運(yùn)動磁力提供向心力。 勻速率圓周運(yùn)動R=常量軌跡？8.4 帶電粒子在磁場中運(yùn)動周期與速度無關(guān).10/10/20DUT 余 虹第20頁第20頁= 螺旋運(yùn)動粒子束發(fā)散角不大、速度相近，v/ 幾乎相等。勻速率圓周運(yùn)動+勻速直線運(yùn)動 h 螺 距半徑周期h磁聚焦10/10/21DUT 余 虹第21頁第21頁（3）地磁場內(nèi)范艾侖輻射帶二、 非均勻磁場（1）磁鏡（2）磁瓶I60

7、000km8OO km4000km用于高溫等離子磁約束（也是螺旋運(yùn)動，R 、h 都在改變）10/10/22DUT 余 虹第22頁第22頁Ihb- - - - - - V垂直于 方向出現(xiàn)電勢差 霍耳效應(yīng) 霍耳電壓UH正效應(yīng)載流子是 空穴 P型半導(dǎo)體 IBUHUH負(fù)效應(yīng)載流子是電子 n型半導(dǎo)體 三、霍耳效應(yīng)10/10/23DUT 余 虹第23頁第23頁平衡時相 等I - - - - -b霍耳系數(shù)10/10/24DUT 余 虹第24頁第24頁理論曲線霍耳電阻 量子霍耳效應(yīng)B崔琦、施特默：更強(qiáng)磁場下 克里青：半導(dǎo)體在低溫強(qiáng)磁場 m=1、2、3、 1985年 諾貝爾物理獎 1998年 諾貝爾物理獎試驗曲

8、線10/10/25DUT 余 虹第25頁第25頁例題 質(zhì)譜儀測粒子荷質(zhì)比試驗：加速電壓U，均勻磁場B，粒子垂直入射，進(jìn)口到膠片統(tǒng)計位置間距為D，計算粒子Q/m值。解：粒子進(jìn)質(zhì)譜儀時動能進(jìn)磁場后做勻速率圓周運(yùn)動， DRU10/10/26DUT 余 虹第26頁第26頁 8.5 載流導(dǎo)線在磁場中受力一、一段載流導(dǎo)線上力安培力1個電子N個電子受力I電流元12受力10/10/27DUT 余 虹第27頁第27頁 均勻磁場2、均勻磁場中閉合線圈 F = 0 長度矢量闡明：1、3、若處處 （不一定均勻） F = 0I直導(dǎo)線任意導(dǎo)線I10/10/28DUT 余 虹第28頁第28頁 均勻磁場中放置二分之一徑為R半

9、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，求此段圓弧電流受磁力。例題長度矢量解：方向 2R10/10/29DUT 余 虹第29頁第29頁二、平面剛性載流線圈上安培力矩 均勻磁場作用在始終線上l1l2abcdI俯視l1不作用在始終線上力矩方向：（俯視圖上）磁矩M=ISBM = 0 = 0 穩(wěn)定平衡； = 不穩(wěn)定平衡。力矩總力圖使線圈正向磁通量達(dá)到最大。10/10/30DUT 余 虹第30頁第30頁求：平行電流間單位長度上互相作用力 方向方向 I1I2rB21B12 同流向，相吸引；逆流向，相排斥。例題 方向方向 10/10/31DUT 余 虹第31頁第31頁解：一小段電流元受力 磁鐵N 極正上方水平放二分之一徑為R載流導(dǎo)線環(huán)，沿環(huán)處 B 與垂直方向夾角為（如圖）例題由對稱性方向向上INR求： 導(dǎo)線環(huán)受磁力。10/10/32DUT 余 虹第32頁第32頁三、磁力功當(dāng) I 不隨時間改變正向磁通增長