大学物理稳恒磁场.doc

第十一章 稳恒磁场磁场由运动电荷产生磁场与电场性质有对称性，学习中应注意比照§11－1 根本磁现象磁性，磁力，磁现象；磁极，磁极指向性，N极，S极，同极相斥，异极相吸磁极不可分与磁单极一、电流的磁效应1819年，丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应；1820年，法国科学家安培发现磁场对电流的作用二、物质磁性的电本质磁性来自于运动电荷，磁场是电流的场注：1932年，英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极〞，至今科学家一直在努力寻找其存在的证据§11－2 磁场 磁感强度一、磁场磁力通过磁场传递，磁场是又一个以场的形式存在的物质二、磁感强度磁感强度B的定义：〔1〕规定小磁针在磁场中N极的指向为该点磁感强度B的方向假设正电荷沿此方向运动，其所受磁力为零〔2〕正运动电荷沿与磁感强度B垂直的方向运动时，其所受最大磁力Fmax与电荷电量q和运动速度大小v的乘积的比值，规定为磁场中某点磁感强度的大小即：磁感强度B是描写磁场性质的根本物理量假设空间各点B的大小和方向均相等，那么该磁场为均匀磁场；假设空间各点B的大小和方向均不随时间改变，称该磁场为稳恒磁场磁感强度B的单位：特斯拉〔T〕§11－3 毕奥－萨伐尔定律一、毕－萨定律电流元: 电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元在空间产生元磁感强度的矢量和。

式中μ0：真空磁导率， μ0＝4π×10－7NA2dB的大小： dB的方向： dB总是垂直于Idl与r组成的平面，并服从右手定那么一段有限长电流的磁场： 二、应用1一段载流直导线的磁场说明：〔1〕导线“无限长〞：〔2〕半“无限长〞： 2圆电流轴线上的磁场 磁偶极矩讨论：〔1〕圆心处的磁场：x = 0 ；〔2〕半圆圆心处的磁场： 〔3〕远场：x>>R，引进新概念 磁偶极矩那么： 3载流螺线管轴线上的磁场讨论：〔1〕“无限长〞螺线管：〔2〕半“无限长〞螺线管：例：求圆心处的B§11－4 磁通量 磁场的高斯定理一、磁感线作法类似电场线磁感线的特点：〔1〕B线都是一些无头无尾的闭合曲线；〔2〕B线总是与电流相套合二、磁场的高斯定理1磁通量定义： 磁通量的直观意义：穿过给定曲面的磁感线的根数磁通量是标量磁场的高斯定理表述：通过任意闭合曲面的磁通量必为零磁场的高斯定理否认了“磁荷〞的存在，是电磁场根本方程之一§11－5 安培环路定理一、安培环路定理表述：真空中稳恒磁场，磁感强度的环流等于穿过积分回路的所有传导电流代数和的μ0倍。

说明：〔1〕等号右边的电流有正负〔2〕表达式中B应包括所有电流的奉献，∑I指穿过回路的电流〔3〕假设电流与积分回路有N次链套，那么〔4〕“穿过回路的电流〞指穿过一闭合回路为边界的任意曲面上的电流安培环路定理说明：稳恒磁场不是保守场二、定理的应用1无限长〞均匀载流圆柱导体的磁场环形螺线管的磁场对细螺线管： 小结：〔1〕严格把握定理成立条件和解题条件的区别；〔2〕解题步骤：①根据电流对称性分析磁场分布对称性；②选取适当安培回路，使B能以标量形式从积分号脱出〔3〕安环与毕萨的区别：毕－萨普适原那么上可求任意电流的磁场：电流元的、一段电流的、整个电流的缺点是叉积、投影、积分都比拟困难；安环容易但是不能求一段或局部电流的磁场§11－6 洛仑兹力洛仑兹力：运动电荷受到的磁场力一、洛仑兹力说明：〔1〕假设q<0，那么F方向为 ；〔2〕洛仑兹公式 假设空间既存在磁场，又存在电场，那么运动电荷将同时受到洛仑兹力和库仑力作用洛仑兹力特点：〔1〕静止电荷不受洛仑兹力作用；〔2〕洛仑兹力对运动电荷不作功二、带电粒子在均匀磁场中的运动1与平行：结论：粒子保持原来匀速直线运动状态与垂直：结论：粒子作匀速率圆周运动。

①轨道半径 ；②盘旋周期 ；③盘旋频率 3与斜交〔夹角为θ〕：轨道半径 盘旋周期 螺距 三、应用1质谱仪研究、分析同位素组成的仪器滤速器质谱仪的重要配件霍尔效应RH：霍尔系数说明：〔1〕应用广泛高斯计，大电流计，磁流体发电，自动控制等〔2〕根据霍尔电压极性可判断是电子型还是空穴型半导体材料〔3〕以上解释是从经典理论出发的，存在一定缺陷§11－7 载流导线在磁场中所受的力－安培力一、安培力安培力的实质就是金属导体中自由电子受到洛仑兹力的作用安培定律：磁场对电流元的作用力数值上等于电流元的大小、电流元所在处磁感强度的大小及电流元与之间夹角的正弦的乘积，其方向由矢积决定一段有限长电流受安培力说明：〔1〕定律无法用实验直接验证；〔2〕矢量积分只有各电流元受力方向一致时才可退化为标量积分；〔3〕假设非匀磁场，那么B不可从积分号提出；〔4〕特例：匀强磁场，一段长为l的直电流，与B的夹角为θ 方向 右手螺旋又：θ＝0或180°,那么安培力为零；假设θ＝90°,那么F＝Fmax=IlB例1：求匀强磁场中闭合电流回路受安培力结论：〔1〕匀强磁场作用在闭合回路上的合力为零；〔2〕均匀磁场作用在任意形状导线上的磁力等于连接导线始端与终端的一段直导线上受的安培力。

例2：两根无限长平行载流直导线间的相互作用力两根电流同向，相互吸引；反向，相互排斥二、匀强磁场对载流线圈的磁力矩说明：〔1〕式子适用任意形状的平面线圈；〔2〕磁力矩总是力图使磁矩方向与外磁场方向一致；〔3〕适用条件：匀强磁场，平面线圈例：求圆形线圈受的磁力矩可见：磁力矩公式简化了磁力矩计算。