穩(wěn)恒磁場(chǎng)和強(qiáng)度計(jì)算課件

穩(wěn)恒磁場(chǎng)和強(qiáng)度計(jì)算一.基本磁現(xiàn)象三個(gè)認(rèn)識(shí)階段：1、早期階段（磁鐵 磁鐵）(1)天然磁鐵（吸鐵石）能吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)(2)條形磁鐵的兩端稱作磁極，分別為S、N極磁感應(yīng)強(qiáng)度(3)同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引(4)不存在磁單極子2、電流磁鐵 電流 電流(1).1820年7月奧斯特實(shí)驗(yàn)意義

揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的聯(lián)系宣告電磁學(xué)作為一個(gè)統(tǒng)一學(xué)科誕生此后迎來了電磁學(xué)蓬勃發(fā)展的高潮(2).相關(guān)實(shí)驗(yàn)a.同向相吸b.異向相斥平行電流之間相互作用的演示通電導(dǎo)線受馬蹄形磁鐵作用而運(yùn)動(dòng)螺線管與磁鐵相互作用時(shí)顯示出N極和S極螺線管與磁棒的等效性小結(jié)：類似于靜止電荷之間的相互作用力是通過電場(chǎng)來傳遞的，上述的各種相互作用都是通過磁場(chǎng)來傳遞的。磁場(chǎng)是從哪里來的？？？磁鐵磁鐵電流電流

磁場(chǎng)(1).安培的“分子環(huán)流假說”安培分子環(huán)流假說：組成磁鐵的最小單元就是分子環(huán)流，若這樣一些分子環(huán)流定向地排列起來，在宏觀上就會(huì)顯示出N、S極來．3、電流磁場(chǎng) 電流安培認(rèn)為：磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電荷的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的磁性來源于“分子”電流小結(jié)：磁極或電流之間的相互作用可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用，而這種相互作用是通過磁場(chǎng)來傳遞的。電流（運(yùn)動(dòng)電荷）磁場(chǎng)電流（運(yùn)動(dòng)電荷）二.磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義(1)

的方向：與小磁針N極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)的穩(wěn)定指向一致.SN磁感應(yīng)強(qiáng)度大小定義為：?jiǎn)挝?/p>

特斯拉大小與無(wú)關(guān)且(2)帶電粒子垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，受磁場(chǎng)作用力最大.磁場(chǎng)的高斯定理靜電場(chǎng)：磁場(chǎng)：靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)一.磁感應(yīng)線（磁力線）

規(guī)定(1)方向：磁力線切線方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的單位面積上穿過的磁力線條數(shù)為磁感的方向(2)大小：垂直應(yīng)強(qiáng)度的大小(2)與電流相互套連，服從右手螺旋定則(3)磁力線不相交

磁力線的特征(1)無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線I2.磁通量磁通量：通過磁場(chǎng)中某給定面的磁感線的總條數(shù)微元分析法（以平代曲，以恒代變）磁通量的單位：韋伯（Wb）1韋伯=1特斯拉米2對(duì)封閉曲面，規(guī)定外法向?yàn)檎较?。進(jìn)入的磁感線穿出的磁感線3.磁場(chǎng)的高斯定理穿過磁場(chǎng)中任意封閉曲面的磁通量為零：磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)磁感線閉合成環(huán)，無(wú)頭無(wú)尾1、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛侖茲力:一、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)大?。悍较颍捍怪庇冢ǎ┢矫娣较蚍较蛱攸c(diǎn)：不改變大小，只改變方向.不對(duì)做功.洛侖茲力+q2.帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的三種情況：粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)（1） 即與同向或反向（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

回旋周期或回旋頻率與帶電粒子的速率及回旋半徑無(wú)關(guān)．?

一般情況帶電粒子作螺旋運(yùn)動(dòng)?

磁聚焦原理

粒子源A

很小時(shí)接收器A’發(fā)散角不太大的帶電粒子束，經(jīng)過一個(gè)周期后，重新會(huì)聚

減少粒子的縱向前進(jìn)速度，使粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生“反射”?磁約束原理在非均勻磁場(chǎng)中，速度方向與磁場(chǎng)不同的帶電粒子，也要作螺旋運(yùn)動(dòng)，但半徑和螺距都將不斷發(fā)生變化磁場(chǎng)增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)半徑減少?gòu)?qiáng)磁場(chǎng)可約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近——橫向磁約束縱向磁約束線圈線圈高溫等離子體應(yīng)用：磁鏡磁場(chǎng)：軸對(duì)稱中間弱兩邊強(qiáng)粒子將被束縛在磁瓶中磁鏡：類似于粒子在反射面上反射（名稱之來源）在受控?zé)岷朔磻?yīng)中用來約束等離子體

極光由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象在地磁兩極附近由于磁感線與地面垂直外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光絢麗多彩的極光回旋加速器用于產(chǎn)生高能粒子的裝置，其結(jié)構(gòu)為金屬雙D

形盒，在其上加有磁場(chǎng)和交變的電場(chǎng)。將一粒子置于雙D形盒的縫隙處，在電場(chǎng)的作用下，能量不斷增大，成為高能粒子后引出轟擊靶.~勞倫斯（1901－1958）：美國(guó)物理學(xué)家，因?yàn)榘l(fā)明和發(fā)展了回旋加速器，以及用它得到人工放射性元素獲得1939年諾貝爾物理獎(jiǎng)。右圖是真空室直徑為10.2cm的第一臺(tái)回旋加速器。歷史之旅目前世界上最大的回旋加速器在美國(guó)費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。世界第二大回旋加速器在歐洲加速中心，加速器分布在法國(guó)和瑞士?jī)蓢?guó)的邊界，加速器在瑞士，儲(chǔ)能環(huán)在法國(guó)。產(chǎn)生的高能粒子能量為280億電子伏特。一、安培定律一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷q

受到的洛倫茲力是——安培定律

一個(gè)電流元 所受的磁場(chǎng)力為安培力安培定律電流元整個(gè)載流導(dǎo)線所受安培力討論(1)安培定律是矢量表述式(2)若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)場(chǎng)例均勻磁場(chǎng)中彎曲導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力其所受安培力方向垂直于屏幕向里均勻磁場(chǎng)中，彎曲載流導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力與從起點(diǎn)到終點(diǎn)間載有同樣電流的直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力相同.在導(dǎo)線上取電流元結(jié)論1)均勻磁場(chǎng)中,一段任意形狀載流導(dǎo)線所受的力等于電流的起點(diǎn)、終點(diǎn)與之相同的載流直導(dǎo)線所受的力;2)均勻磁場(chǎng)中,任意形狀閉合電流所受合力為零.練習(xí)：1.求下列各圖中電流I

在磁場(chǎng)中所受的力受力方向向右二.均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用力矩（方向相反在同一直線上）（線圈無(wú)平動(dòng)）對(duì)中心的力矩為（方向相反不在一條直線上）+A(B)D(C)磁矩畢奧－薩伐爾定律

一.畢奧－薩伐爾定律

實(shí)驗(yàn)定律，反映電流元在空間激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律.：由電流元指向場(chǎng)點(diǎn)的位置矢量：真空磁導(dǎo)率大小為：電流元

載流導(dǎo)線在真空中P點(diǎn)處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度二.畢奧―薩伐爾定律的應(yīng)用求解電流磁場(chǎng)分布基本思路：將電流視為電流元（或典型電流）的集合電流元（或典型電流）磁場(chǎng)公式和磁場(chǎng)疊加原理電流磁場(chǎng)分布例直線電流的磁場(chǎng)解：已知：求：分布統(tǒng)一變量：各電流元在P

點(diǎn)同向:場(chǎng)點(diǎn)到直電流距離:終點(diǎn)到場(chǎng)點(diǎn)矢徑與I方向的夾角:起點(diǎn)到場(chǎng)點(diǎn)矢徑與I方向的夾角1.無(wú)限長(zhǎng)直電流：討論：3.任意形狀直導(dǎo)線PaI122.直導(dǎo)線及其延長(zhǎng)線上點(diǎn)例載流圓線圈的磁場(chǎng)RxO求軸線上一點(diǎn)P

的磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)對(duì)稱性PxI方向滿足右手定則(1)載流圓線圈的圓心處討論如果由N匝圓線圈組成(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場(chǎng)IIRO123例求右圖中O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度例求兩平行無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線之間的相互作用力？解電流2

處于電流1

的磁場(chǎng)中同時(shí)，電流1

處于電流2

的磁場(chǎng)中，電流2

中單位長(zhǎng)度上受的安培力電流1

中單位長(zhǎng)度上受的安培力o1）選在垂直于長(zhǎng)直載流導(dǎo)線的平面內(nèi)，以導(dǎo)線與平面交點(diǎn)O為圓心，半徑為r的圓周路徑L，其指向與電流成右旋關(guān)系1.以無(wú)限長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)為例驗(yàn)證安培環(huán)路定理靜電場(chǎng):靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)磁場(chǎng):與環(huán)路繞行方向成右旋關(guān)系的電流對(duì)環(huán)流的貢獻(xiàn)為正，反之為負(fù)。回路繞向轉(zhuǎn)向逆時(shí)針時(shí)：如果規(guī)定與L

繞向成右旋關(guān)系與L

繞向成左旋關(guān)系統(tǒng)一為：oo2）選擇在垂直于導(dǎo)線平面內(nèi)圍繞電流的任意閉合路徑如果規(guī)定與L

繞向成右旋關(guān)系，反之統(tǒng)一為：3)環(huán)路中不包圍電流的情況對(duì)一對(duì)線元來說環(huán)路不包圍電流以上結(jié)果對(duì)任意形狀的閉合電流（伸向無(wú)限遠(yuǎn)的電流）均成立.

多電流情況

安培環(huán)路定理

安培環(huán)路定理在真空的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任一閉合路徑的積分的值，等于乘以該閉合路徑所包圍的各電流的代數(shù)和.注意電流正負(fù)的規(guī)定：與成右螺旋時(shí)，為正；反之為負(fù).對(duì)閉合回路對(duì)閉合回路

問

1）是否與回路外電流有關(guān)？2）若，是否回路上各處 ？是否回路內(nèi)無(wú)電流穿過？二.安培環(huán)路定理的應(yīng)用

例求無(wú)限長(zhǎng)圓柱面電流