《恒定磁场》PPT课件

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1、第十二章恒定磁场运动电荷（电流）在其周围空间除产生电场外还产生磁场。历史上很长一段时期，电现象和磁现象的研究彼此独立。1820年奥斯特：电流可使小磁针偏转；法拉第：磁铁对电流有作用力。磁场也是物质存在的一种形式。本章主要讨论恒定电流产生的磁场—恒定磁场。主要内容：(1)磁感应强度矢量；(2)磁场对运动电荷和电流的作用；(3)磁场的计算、毕奥—萨伐尔定律；(4)磁场的高斯定理；(5)磁场的安培环路定理。返回1、基本磁现象：磁性：磁体可吸引铁、镍、钴等物质的性质。同名磁极相斥，异名磁极相吸。磁极：磁体上磁性最

2、强处（N极、S极）。磁极不可分，总是成对出现。地磁：地磁北极在地理南极附近；地磁南极在地理北极附近。以小磁针北极（N极）的指向定义为磁场的方向。通电螺线管与磁铁棒有相似的磁性。§12-1磁感应强度安培分子电流假设：组成磁铁棒的最小单元（基元磁体）为分子环形电流，当它们定向排列时，在磁铁棒表面产生束缚电流，与螺线管导线内电流相似。NSNS结论：一切磁现象的本源是运动电荷（电流）。电流磁场电流2、磁感应强度：++q磁场方向NS++q++qθ结果：(1)(2)定义：(1)的大小：(2)的方向：与小磁针北极指向相

3、同。的单位：特斯拉高斯磁感应线的切线方向指向磁场方向。通过单位垂直面积的磁感应线数等于磁感应强度的大小。线性质：任何两条磁感应线不相交；磁感应线都是围绕电流的闭合曲线。II3、磁感应线（线）：（图12-2）p214返回INSIINS1、洛仑兹力：一个运动电荷q在其它运动电荷（或电流）周围运动时，会受到电场力和磁场力的作用。洛仑兹力垂直于电荷运动速度，它对运动电荷不作功。即洛仑兹力只改变电荷运动的方向，而不改变速度的大小。其中：（与q的运动无关）（与q的运动有关）称为洛仑兹力公式++qθ-qθ§1

4、2-2磁场对带电粒子的作用洛仑兹力2、带电粒子在均匀磁场中的运动：由洛仑兹力公式：+q设电量为q，质量为m的带电粒子以初速度进入均匀磁场中。即带电粒子作匀速直线运动。带电粒子在垂直于磁场平面内作匀速圆周运动。回旋半径：回旋周期：回旋共振频率：与R，v0无关！×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××+Rq+hR带电粒子作垂直于磁场的匀速圆周运动和平行于磁场的匀速直线运动。运动轨迹为等距螺旋线。螺旋线半径：回旋周期：螺距：磁聚焦、磁透镜从电子枪中射出的电子束有一定的散射角

5、，会增大屏幕上的像斑直径。但在匀强磁场的作用下，经过整数倍螺距时，电子又会聚焦到同一点。匀强磁场的作用就好象会聚光线的透镜一样。3、回旋加速器：交变电场频率~106HzB~1T,R~1m加速到最大能量：质子：~30MeV氦核：~100MeV回旋加速器受相对论效应的限制。习题12-6习题12-6：估算地磁场对电视机显象管中电子束的影响。设加速电压为20000V，电子枪到屏幕的距离为0.4m，地磁场大小为0.5×10-4T，计算电子束的偏转距离。电子从电子枪出射时的动能：×××××××××××××××××××

6、××××××yd×20000V电子速率：回旋半径：偏转距离：4、霍耳效应：bdu设导体（半导体）片中载流子为正电荷。当Fm=Fe时：电场力：霍耳电场：霍耳电势差：设导体（半导体）内载流子密度为n，则：洛仑兹力：霍耳电势差：称为霍耳系数，由材料性质决定。b越小，则UH越大；n越小，则UH越大。由半导体材料的霍耳效应明显大于金属材料；若载流子为负电荷，则UH极性相反，霍耳系数为负。因此，可由UH的极性判断载流子的类型。返回安培力§12-3磁场对电流的作用金属导体中自由电子在磁场中运动时受洛仑兹力作用而

7、获得动能，自由电子与导体晶格点阵碰撞将动能传递给导体。所以，载流导线载磁场中所受的磁场力（安培力）是大量自由电子所受洛仑兹力的宏观表现。与点电荷概念相似，引入“电流元”的概念：定义：电流元I电流元的方向为电流元内电流的方向。任一载流导线可看作由无穷多电流元组成。1、安培定律：称为安培定律。上式取环路积分是因为直流电路都是闭合的，若只需知道回路的一部分所受的磁力，则只对该部分积分即可。电流元在磁场中所受的磁场力（安培力）为：任意载流导线（或导线回路）在磁场中所受的安培力为：例例：求载流直导线在均匀磁场中所

8、受的安培力。在载流直导线上任取电流元，电流元所受的安培力：Il整个载流直导线受的安培力：例例：一半圆形平面载流线圈垂直于均匀磁场，求该载流线圈所受的安培力。直线段受力：方向向下圆弧段受力：由对称性：方向向上线圈所受合力：××××××××××××××××××××××××××××××××××××××Ro×xydF2xdF2yI例12-3例12-3：半径为R的导体圆环，载有电流I，将此圆环放在磁感强度为B的均匀磁场中，环面与磁