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大学物理第七章恒定磁场（三）

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1、1,一带电粒子在电场和磁场中所受的力,电场力,磁场力（洛伦兹力）,运动电荷在电场和磁场中受的力,7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动,2,二带电粒子在磁场中运动举例,1 回旋半径和回旋频率,3,应用：,磁聚焦回旋加速器质谱仪,4,2 磁聚焦,（洛伦兹力不做功）,洛伦兹力,与不垂直,螺距,5,磁聚焦在均匀磁场中点 A 发射一束初速度相差不大的带电粒子, 它们的与之间的夹角不同 , 但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动, 因螺距近似相等, 相交于屏上同一点, 此现象称为磁聚焦 .,应用电子光学 , 电子显微镜等 .,6,由同一点（小孔）射出来的带电粒子，无论 v的方向和大小怎样，只要 v/ 相同，经过一个周期，都将汇聚于同一点上。,7,3 电子的反粒子电子偶,宇宙射线穿过云室中铅板显示正电子存在的云室照片图,1930年狄拉克(英)预言自然界存在正电子。1932年安德森(美)发现正电子，并于1936年获诺贝尔奖。,质量相等、电荷等量异号电子偶（电子对）,8,1 质谱仪（分析同位素）,三带电粒子在电场和磁场中运动举例,阿斯顿(英)并于1919创，1922年获诺贝尔

2、化学奖。,同位素：同属于某一化学元素，其原子具有相同数目的电子，原子核也具有相同数目的质子，但却有不同数目的中子。(氢:氕、氘和氚),9,2 回旋加速器,1932年劳伦斯(美)研制第一台回旋加速器的D型室.,此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.,10,11,我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素 .,12,3 霍耳效应,13,14,霍耳效应的应用,（2）测量磁场,霍耳电压,（1）判断半导体的类型,15,一安培力,安培力,7-8 载流导线在磁场中所受的力,16,有限长载流导线所受的安培力,17,例 1 如图一通有电流的闭合回路放在磁感应强度为的均匀磁场中，回路平面与磁感强度垂直 .回路由直导线 AB 和半径为的圆弧导线 BCA 组成，电流为顺时针方向, 求磁场作用于闭合导线的力.,18,根据对称性分析,解,A,B,C,o,19,由于,A,B,C,o,因,故,20,解取一段电流元,例 2 求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知和 .,21,结论任意平面载流导线在均匀

3、磁场中所受的力 , 与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.,22,例 3 半径为载有电流的导体圆环与电流为的长直导线放在同一平面内（如图），直导线与圆心相距为 d ，且 R d 两者间绝缘 , 求作用在圆电流上的磁场力.,O,23,解,O,24,25,26,二磁场作用于载流线圈的磁力矩,如图均匀磁场中有一矩形载流线圈 MNOP,27,线圈有N匝时,力矩,28,稳定平衡,不稳定平衡,讨论,（1）与同向,（2）方向相反,（3）方向垂直,力矩最大,29,结论: 均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的磁力和力矩为,磁矩,30,一磁介质磁化强度,1 磁介质,7-9 磁场中的磁介质,强磁质磁性材料,电介质:,31,顺磁质内磁场,2 顺磁质和抗磁质的磁化,32,无外磁场时抗磁质分子磁矩为零,抗磁质内磁场,理论研究表明: 电子轨道半径不变，向心力增加，运动速度加快，这就等效于产生一个向下的附加磁矩.,附加磁场总是与外磁场方向相反抗磁质,33,3 磁化强度,单位（安/米）,意义: 磁介质中单位体积内分子的合磁矩,电极化强度,单位（库/米2）,磁化强度:

4、,34,4 磁化电流(束缚电流) (电介质:极化电荷束缚电荷) 长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。,均匀磁场顺磁质,螺线管截面,分子磁矩的取向一致，介质内部任一位置两相邻分子电流流向相反，相互抵消，只有边缘各点未被抵消，等效于一介质柱面上的电流，这些表面电流称为“磁化电流”。,以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例,可以证明,5 磁化强度与磁化电流的关系,磁化电流密度：IS,6 磁场强度,利用：,有：,即：,定义：,为磁场强度,二有磁介质时的安培环路定理,在任何磁场中，磁场强度矢量 H 沿任一闭合路径的线积分（H 的环流），等于此闭合路径所围绕的传导电流的代数和。安培环路定理的普遍形式，无论有无磁介质都适用。,当没有磁介质时，磁化强度,38,三有磁介质时的高斯定理,有磁介质存在时的磁感应强度:,无论是传导电流还是磁化电流产生的磁感应线都是闭合的，因此都有：,结论：无论有无磁介质存在，上式都成立。,四三者的关系,由,实验表明：在各向同性isotropy的弱磁物质中，有如下关系：,即,磁介质的性质方程,在真空中：,在介质均匀充满磁场的情况下,定义,介质的相对磁导率,顺磁质抗磁质铁磁质,在均匀介质中：,（不是常数）,41,五电场与磁场类比电场磁场,磁化强度,极化强度,磁场强度,电位移矢量,42,高斯定理,安培环路定理,相对电容率,相对磁导率,高斯定理,环路定理,43,例1 有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质。当两圆筒通有相反方向的电流时，试求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小; （2）圆柱体外面一点Q 的磁感强度的大小.,44,解,同理可求,设P (Q)点到轴线距离为d,Q点:,45,1 磁畴,六铁磁质,46,2 磁化曲线磁滞回线,顺磁质的B-H曲线,0,47,矫顽力,当外磁场由逐渐减小时，这种 B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞.,由于磁滞，时，磁感强度，叫做剩余磁感强度(剩磁).,矫顽力.,48,3 铁磁性材料,不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.,49,4 磁屏蔽,把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射.,END,

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