穩(wěn)恒磁場改進演示文稿

穩(wěn)恒磁場改進演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有40頁\編輯于星期三（優(yōu)選）穩(wěn)恒磁場改進現(xiàn)在是2頁\一共有40頁\編輯于星期三磁聚焦現(xiàn)在是3頁\一共有40頁\編輯于星期三§1.穩(wěn)恒磁場一.磁現(xiàn)象與磁場1.磁現(xiàn)象：

磁石、鐵磁性物質(zhì)之間存在力的作用。2.有磁荷嗎——磁性的起源1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)：電流產(chǎn)生磁場。二.磁力是如何作用的——磁場的提出電流電流磁場永久磁鐵：分子環(huán)流假說現(xiàn)在是4頁\一共有40頁\編輯于星期三穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場電流定向運動的電荷磁場三.磁場的描述——磁感應強度矢量B作用：從力的角度描述磁場的強弱。定義：設(shè)運動電荷，速度為v,電量為q,與磁場夾角為θ。則電荷受到的最大磁力為：現(xiàn)在是5頁\一共有40頁\編輯于星期三

當θ不同時，力也不同。F∝sinθ定義：單位：1T=104Gs自然界的一些磁場值中子星108T地球兩極6×10-5T超導電磁鐵5—40T人體磁場10-12T大型電磁鐵1—2T地球赤道3×10-5T現(xiàn)在是6頁\一共有40頁\編輯于星期三四.電流磁場分布的討論——畢—沙定律

電流：取電流元Idl，討論其產(chǎn)生的dB。回顧：點電荷：帶電體：拉普拉斯在研究了比奧和薩法爾的實驗結(jié)果之后，提出了電流元產(chǎn)生磁場的規(guī)律。現(xiàn)在是7頁\一共有40頁\編輯于星期三IPrIdl電流元在P點的磁感應強度θ方向：右手螺旋判斷。μ0=4π×10-7TmA-1——真空中的磁導率。一段導線：矢量積分現(xiàn)在是8頁\一共有40頁\編輯于星期三θ2θ1例題：求長直導線的B的分布。見圖：aI解：取電流元IdlIdlrθ方向：由于dB方向一致注意θ2的取值。現(xiàn)在是9頁\一共有40頁\編輯于星期三若：θ1=0

θ2=π則：具有軸對稱性。若：θ1=

π/2,θ2=

=π若：θ1=

0,θ2=

π/2則：則：θ2θ1aIIdlrθ現(xiàn)在是10頁\一共有40頁\編輯于星期三磁感應線——磁場的幾何描述磁感應線（magneticinductionline)長直導線螺線管現(xiàn)在是11頁\一共有40頁\編輯于星期三§2穩(wěn)恒磁場的特性一.磁場的高斯定理穿過面元dS的磁通，也就是穿過dS的磁感應線數(shù)目。對封閉面：磁場的高斯定理無源場現(xiàn)在是12頁\一共有40頁\編輯于星期三例題求中點的B,陰影處的

Φ。I1=20A=I2d=40cmA解：1.視為無限長，則有：B=4.0x10-5T2.先求φ1，取面元

dSr同理Φ=φ1+φ2=2.2x10-6wb102010現(xiàn)在是13頁\一共有40頁\編輯于星期三二.穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理1.定理導出：特例——無限長直載流導線見圖：取圓形環(huán)路，并規(guī)定方向，半徑為r

,思考現(xiàn)在是14頁\一共有40頁\編輯于星期三Ir則有：若環(huán)路反向，則有：推論：安培環(huán)路定理現(xiàn)在是15頁\一共有40頁\編輯于星期三說明：1.此定理對任意穩(wěn)恒磁場成立。

2.∑I的含義及符號的確定。

3.公式中B為何位置的B4.指出磁場為非保守場，并可求B的分布。2.應用B例1.無限長螺線管，見圖：取環(huán)路（黑色），則有：al1234現(xiàn)在是16頁\一共有40頁\編輯于星期三例2無限長載流圓柱體的B分布。RI解：取環(huán)路如圖：r分區(qū)間求解，r＜Rr＞R現(xiàn)在是17頁\一共有40頁\編輯于星期三§2電磁相互作用一.洛倫茲力洛倫茲(HendrikAntoonLorentz,1853-1928)

荷蘭物理學家、數(shù)學家，生于阿納姆，畢業(yè)于萊頓大學1875年獲博士學位。1878年起任萊頓大學理論物理學教授。因研究磁場對輻射現(xiàn)象的影響取得重要成果，與塞曼共獲1902年諾貝爾物理學獎金。洛倫茲是經(jīng)典電子論的創(chuàng)立者。1895年，洛倫茲根據(jù)物質(zhì)電結(jié)構(gòu)的假說，成功地解釋了相當多的物理現(xiàn)象，創(chuàng)立了經(jīng)典電子論。洛倫茲的電磁場理論研究成果，在現(xiàn)代物理中占有重要地位。洛倫茲力是洛倫茲在研究電子在磁場中所受的力的實驗中確立起來的。洛倫茲還預言了正常的塞曼效益，即磁場中的光源所發(fā)出的各譜線，受磁場的影響而分裂成多條的現(xiàn)象中的某種特殊現(xiàn)象。

洛倫茲的理論是從經(jīng)典物理到相對論物理的重要橋梁，他的理論構(gòu)成了相對論的重要基礎(chǔ)。洛倫茲對統(tǒng)計物理學也有貢獻?，F(xiàn)在是18頁\一共有40頁\編輯于星期三1.表達式：f=q

v×B+qqBvv力的方向：由q和v×B決定。ff力的大小：f=qvBsinθθF⊥v僅改變速度方向，不改變速度大小?，F(xiàn)在是19頁\一共有40頁\編輯于星期三2.帶電粒子在電場與磁場中的運動勻強磁場:v⊥B：勻速圓周運動半徑：qR周期：ff現(xiàn)在是20頁\一共有40頁\編輯于星期三v與B夾角為θB+vv⊥vh=vcosθT——螺距h現(xiàn)在是21頁\一共有40頁\編輯于星期三磁聚焦現(xiàn)象。電子顯微鏡粒子源A接收器A’現(xiàn)在是22頁\一共有40頁\編輯于星期三BFIIvBBFF現(xiàn)在是23頁\一共有40頁\編輯于星期三質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理++++++++++++++++++++++++離子源v+++++質(zhì)譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8++現(xiàn)在是24頁\一共有40頁\編輯于星期三二.安培力——載流導線在磁場中受力1.實驗事實

當除I

的大小外其它參數(shù)不變時,F正比于I。當除B的大小外其它參數(shù)不變時,F正比于B?，F(xiàn)在是25頁\一共有40頁\編輯于星期三當除L

的大小外其它參數(shù)不變時,F正比于L。當I、L和B的大小不變時,改變IL

和B

夾角θ,F的大小變化如圖所示：現(xiàn)在是26頁\一共有40頁\編輯于星期三2.安培定律B取電流元如圖：IdldF=Idl×B大?。篸F=Idl

Bsinθ一段導線：方向：矢量積分現(xiàn)在是27頁\一共有40頁\編輯于星期三dabc三.磁力矩(勻強磁場)IBθFabFcdFbcFdaFbcFdaBn邊長為L載流線圈處在勻強磁場中的受力情況：Fbc=IBL=Fda力矩：θ=ISBsinθ=IL2Bsinθ=mBsinθ現(xiàn)在是28頁\一共有40頁\編輯于星期三m=IS——線圈磁矩，是矢量。矢量式：——對任意線圈成立討論：Bncdθ=0穩(wěn)定平衡01M外M磁nBcdθ=π非穩(wěn)定平衡M外2qM磁現(xiàn)在是29頁\一共有40頁\編輯于星期三§4.霍耳效應+-IIvBF0+霍耳電壓現(xiàn)在是30頁\一共有40頁\編輯于星期三霍耳電勢差：LdIVH平衡時：qvB=qEqVH=－EL=－vBL

而：I=nevLd所以：v=I/nqLd霍爾系數(shù)，取決于導體材料現(xiàn)在是31頁\一共有40頁\編輯于星期三霍耳效應測磁場利用霍耳效應測恒定磁場BV霍耳元件探頭保護罩現(xiàn)在是32頁\一共有40頁\編輯于星期三§5.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理一.磁介質(zhì)：1.磁介質(zhì)：在磁場中能產(chǎn)生附加磁場B’的物質(zhì)，此過程稱被磁化。2.

總磁場

B=B0

+B’3.分類（1）順磁質(zhì)：磁性很弱，（為B0

的幾萬到幾十萬分之一）在內(nèi)部加強B0。μr≥1（2）抗磁質(zhì)：磁性很弱，在內(nèi)部減弱B0。μr≤1

抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)統(tǒng)稱為弱磁性物質(zhì)相對磁導率現(xiàn)在是33頁\一共有40頁\編輯于星期三

（3）鐵磁質(zhì)：磁性很強，（為B0的102—104倍）在內(nèi)部加強B0。

4.磁化機制順磁性和抗磁性的微觀結(jié)構(gòu)

對于物質(zhì)中的分子，任一個電子都同時參與環(huán)繞原子核的軌道運動和電子本身的自旋，這兩種運動都能產(chǎn)生磁效應。把分子看成一個整體，分子中各個電子對外產(chǎn)生的磁效應的總和可用一個等效的圓電流表示，稱為分子電流I分，它形成的磁矩稱這分子的固有磁矩Pm

。下面是電子e自轉(zhuǎn)同時繞正電荷公轉(zhuǎn)的示意圖和分子磁矩的示意圖現(xiàn)在是34頁\一共有40頁\編輯于星期三電子e自轉(zhuǎn)同時繞正電荷公轉(zhuǎn)

分子磁矩的示意圖

研究證明，抗磁質(zhì)分子在沒有外磁場作用時，分子的固有磁矩Pm為零。順磁質(zhì)分子在沒有外磁場作用時，分子的固有磁矩Pm不為零，但是由于分子的無規(guī)則熱運動，宏觀上也不顯磁性。現(xiàn)在是35頁\一共有40頁\編輯于星期三微觀解釋在順磁質(zhì)中截取任一體積元，模擬它在沒有外磁場作用時，分子的無規(guī)則熱運動：由于分子的無規(guī)則熱運動,分子的固有磁矩取向雜亂無章，宏觀上不顯磁性。

接通電源，螺繞環(huán)的內(nèi)的磁介質(zhì)出現(xiàn)一恒定外磁場。

磁介質(zhì)分子的固有磁矩Pm在外磁場中受力矩

M=Pm×B的作用而轉(zhuǎn)向外磁場方向，使各分子的固有磁矩在一定程度上沿外磁場方向排列。磁介質(zhì)內(nèi)部任一處相鄰的分子電流都是成對反向相互抵消的，結(jié)果就形成沿橫截面邊緣的圓電流I′使磁介質(zhì)內(nèi)的磁場加強了。這便是產(chǎn)生順磁效應的機理。現(xiàn)在是36頁\一共有40頁\編輯于星期三下面是充滿磁介質(zhì)的螺繞環(huán)截面圖:I

激起外磁場的電流

I分分子電流

I′由轉(zhuǎn)向排列引起的束縛電流現(xiàn)在是37頁\一共有40頁\編輯于星期三二.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理考慮磁化電流：考慮介質(zhì)時，在介質(zhì)內(nèi)部：所以：B=μrB0