自然界的各种基本力可以互相转化究竟电是否以隐蔽的方式课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,DUT 余 虹,*,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余 虹,11/17/2024,1,DUT 余 虹,大学物理助学大连理工大学物理系PHYH余 虹10/9/20,第8章 恒定磁场,11/17/2024,2,DUT 余 虹,第8章 恒定磁场10/9/20232DUT 余 虹,自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用？,17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！,1731年,英国商人,雷电后，刀叉带磁性,！,1751年,富兰克林,莱顿瓶放电后，缝衣针磁化了,！,1812年,奥斯忒,8.1 磁场 磁感应强度,一、磁力与磁现象,11/17/2024,3,DUT 余 虹,自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体,电与磁,奥斯忒,1820年4月丹麦物理学家奥斯特在哥本哈根大学作有关电和磁的演讲，接通电源时，他发现放在边上的磁针轻轻抖动了一下，他意识到这是盼望已久的电流的磁效应。,I,I,1820年7月21日，奥斯忒以拉丁文报导了60次实验的结果。,11/17/2024,4,DUT 余 虹,电与磁奥斯忒1820年4月丹麦物理学家奥斯特在哥本哈根大学作,Q,0,静止,Q,0,运动,静止,运动,运动电荷除了在周围产生电场外，还有另一种场只对运动电荷起作用磁场稳恒电流产生的磁场叫,稳恒磁场。,Q,0,场源,电荷受力,11/17/2024,5,DUT 余 虹,Q0静止 Q0运动 静止,静止电荷,静止电荷,静止电荷之间,的作用力,电力,运动电荷之间,的作用力,电力+,磁力,运动电荷,运动电荷,说明,1、磁场由运动电荷(或电流)产生;,3、磁场是物质的有能量、有质量,二、磁场 磁感应强度,电场,磁场传递磁相互作用,2、磁场对运动电荷(或电流)有力的作用;,11/17/2024,6,DUT 余 虹,静止电荷静止电荷静止电荷之间的作用力 电力运动电荷之间,洛仑兹力,运动电荷在电磁场中受力,磁感应强度,设计实验检验空间一点的磁感应强度,单位 T 或 Gs,1Gs=10,4,T,磁场服从叠加原理,q,沿此直线运动时,11/17/2024,7,DUT 余 虹,洛仑兹力运动电荷在电磁场中受力磁感应强度设计实验检验空间一点,毕奥-萨伐尔定律,真空磁导率,叠加原理,三、毕奥-萨伐尔定律,I,I,11/17/2024,8,DUT 余 虹,毕奥-萨伐尔定律真空磁导率叠加原理三、毕奥-萨伐尔定律II,求：直线电流的磁场分布。,方向,-l,L,则,1,=0,2,=,l,2,1,例题,I,O,方向：,右手定则,11/17/2024,9,DUT 余 虹,求：直线电流的磁场分布。方向 -l L 则,求：圆电流轴线上的磁感应强度。,例题,x,R,x,I,11/17/2024,10,DUT 余 虹,求：圆电流轴线上的磁感应强度。例题xRxI10/9/2023,求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。,例题,方向,解,：,R,I,a,b,I dl,11/17/2024,11,DUT 余 虹,求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。例题方向 解：R,例题,宽度为,a,的无限长金属平板，均匀通电流,I,，,将板细分为许多无限长直导线,每根导线宽度为,d x,通电流,解,：,建立坐标系,所有d,B,的方向都一样：,求：图中,P,点的磁感应强度。,I,x,0,x,P,d,11/17/2024,12,DUT 余 虹,例题宽度为 a 的无限长金属平板，均匀通电流I，将板细分为许,一、磁感应线 磁通量,2.与形成磁场的电流相套连.,磁感应线特点,1.无头无尾的闭合曲线.,单位 韦伯（,W b）,I,8.2 磁场的高斯定理,11/17/2024,13,DUT 余 虹,一、磁感应线 磁通量2.与形成磁场的电流相套连.磁感应线特,二、高斯定理,磁场是无源场.,磁感应线是闭合曲线.,求穿过旋转曲面的磁通量，,可以通过求穿过平面圆的磁通量。,为什么？,11/17/2024,14,DUT 余 虹,二、高斯定理 磁场是无源场.磁感应线是闭合曲线.求穿过旋转曲,正向穿过以,L,为边界的任意曲面的电流的代数和。,I,1,I,2,I,3,L,2,L,1,磁场,B,由所有的电流贡献！,8.3 安培环路定理,一、安培环路定理,11/17/2024,15,DUT 余 虹,正向穿过以L为边界的任意曲面的电流的代数和。I1I2I3L2,二、安培环路定理的应用,用来求解具有高度对称的磁场,求：无限长直线电流的磁场,解：对称性分析磁感应线是 躺在垂直平面上的同心圆。,例题,I,B,L,0,r,B,选环路,11/17/2024,16,DUT 余 虹,二、安培环路定理的应用用来求解具有高度对称的磁场求：无,求：无限长圆柱面电流的磁场,例题,I,L,R,r,解：对称性分析磁感应线是 躺在垂 直平面上的同心圆。,选环路,11/17/2024,17,DUT 余 虹,求：无限长圆柱面电流的磁场例题ILRr解：对称性分析磁感,与轴平行,！,例题,求：均匀密绕无限长直螺线管的磁场,（,已知,n、I,）,解：对称性分析管内垂轴平面上任意一点,垂直平面,有限长的螺线管当,L,R,，在中部也,有此结果在端部,11/17/2024,18,DUT 余 虹,与轴平行！例题求：均匀密绕无限长直螺线管的磁场（已知,例题,求：均匀密绕螺线环的磁场,（,已知 中心半径,R,，总匝数,N,，电流强度,I,）,解：对称性分析管内任意一个垂轴平面都是对称面磁感应线是一组同心圆,I,R,r,r,L,R,1,R,2,0 （其他）,与环的横截面形状无关。,11/17/2024,19,DUT 余 虹,例题求：均匀密绕螺线环的磁场（已知 中心半径R，总匝数N，电,一、在 均匀磁场,匀速直线运动,磁力提供向心力,。,匀速率圆周运动,R,=常量,轨迹？,8.4,带电粒子在磁场中运动,周期与速度无关.,11/17/2024,20,DUT 余 虹,一、在 均匀磁场匀速直线运动磁力提供向心力。匀速率圆周运动,=,螺旋运动,粒子束发散角不大、速度相近，,v,/,几乎相等。,匀速率圆周运动+匀速直线运动,h,螺 距,半径,周期,h,磁聚焦,11/17/2024,21,DUT 余 虹,=螺旋运动粒子束发散角不大、速度相近，v/几乎相等。,（3）地磁场内的范艾仑辐射带,二、非均匀磁场,（1）磁镜,（2）磁瓶,I,60000k,m,8OO km,4000km,用于高温等离子磁约束,（,也是螺旋运动，,R、h,都在变化）,11/17/2024,22,DUT 余 虹,（3）地磁场内的范艾仑辐射带二、非均匀磁场（1）磁镜（2）,I,h,b,-,V,垂直于 的方向出现电势差,霍耳效应,霍耳电压,U,H,正效应载流子是 空穴 P型半导体,I,B,U,H,U,H,负效应载流子是电子 n型半导体,三、霍耳效应,11/17/2024,23,DUT 余 虹,Ihb-V垂直于,平衡时相 等,I,-,b,霍耳系数,11/17/2024,24,DUT 余 虹,平衡时相 等I -b霍耳系数10/9/,理论曲线,霍耳电阻,量子霍耳效应,B,崔琦、施特默：更强磁场下,克里青：半导体在低温强磁场,m,=1、2、3、,1985年,诺贝尔物理奖,1998年,诺贝尔物理奖,实验曲线,11/17/2024,25,DUT 余 虹,理论曲线霍耳电阻 量子霍耳效应B崔琦、施特默：更强磁场下,例题,质谱仪测粒子的荷质比,实验,：加速电压,U,，均匀磁场,B,，粒子垂直入射，进口到胶片记录位置间距为,D,，计算粒子的,Q/m,值。,解：粒子进质谱仪时动能,进磁场后做匀速率圆周运动，,D,R,U,11/17/2024,26,DUT 余 虹,例题 质谱仪测粒子的荷质比实验：加速电压U，均匀磁场B，粒,8.5,载流导线在磁场中受力,一、一段载流导线上的力安培力,1个电子,N个电子受力,I,电流元,1,2,受力,11/17/2024,27,DUT 余 虹,8.5 载流导线在磁场中受力一、一段载流导线上的力安,均匀磁场,2、均匀磁场中的闭合线圈,F,=0,长度矢量,说明：1、,3、,若处处,（,不一定均匀,）,F,=0,I,直导线,任意导线,I,11/17/2024,28,DUT 余 虹,均匀磁场2、均匀磁场中的闭合线圈 F=0 长度矢,均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角,=30，求此段圆弧电流受的磁力。,例题,长度矢量,解：,方向,2,R,11/17/2024,29,DUT 余 虹,均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线,二、平面刚性载流线圈上的安培力矩,均匀磁场,作用在一直线上,l,1,l,2,a,b,c,d,I,俯视,l,1,不,作用在一直线上,力矩,方向：,（,俯视图上,）,磁矩,M=ISB,M,=0,=0,稳定平衡；,=,不稳定平衡。,力矩总力图使线圈正向磁通量达到最大。,11/17/2024,30,DUT 余 虹,二、平面刚性载流线圈上的安培力矩 均匀磁场作用在一直线上l1,求：平行电流间单位长度上的相互作用力,方向,方向,I,1,I,2,r,B,21,B,12,同流向，相吸引；逆流向，相排斥。,例题,方向,方向,11/17/2024,31,DUT 余 虹,求：平行电流间单位长度上的相互作用力 方向方向 I1I,解：一小段电流元受力,磁铁,N,极正上方水平放一半径为,R,的载流导线环，沿环处,B,与垂直方向夹角为,（如图）,例题,由对称性,方向向上,I,N,R,求：导线环受的磁力。,11/17/2024,32,DUT 余 虹,解：一小段电流元受力 磁铁N 极正上方水平放一半径为R的载流,三、磁力的功,当,I,不随时间变化,正向,磁通,增加,磁力做,正功。,反向,磁通,减少,磁力做,正功。,A=I,（,2,-,1,）,根据电流方向，穿过回路的磁通是反向的,M,I,N,I,11/17/2024,33,DUT 余 虹,三、磁力的功当 I 不随时间变化正向磁通增加磁力做正功。反向,作者,余 虹,11/17/2024,34,DUT 余 虹,作者 余 虹10/9/202334DUT 余,一对圆电流在对称面上产生的磁场垂直于对称面,To18,11/17/2024,35,DUT 余 虹,一对圆电流在对称面上产生的磁场垂直于对称面To1810/9/,