静电场与稳恒电场ppt课件.ppt

一、一、电电流流14.1  电电流和流和电电流密度流密度 电电流流—— 大量大量电电荷有荷有规规那么的定向运那么的定向运动动构成构成电电流方向：方向：规规定定为为正正电电荷运荷运动动方向大小：大小：单单位位〔 〔SI〕 〕：安培：安培〔 〔A〕 〕电电流流强强度度—— 单单位位时间时间内内经过经过某截面的某截面的电电量二、二、电电流密度流密度不同外形导体的电流线不同外形导体的电流线电流密度电流密度:单单位体位体积积内内的的载载流子数流子数目目为为n载流子载流子平均速平均速率为率为•取一个垂直于场强方向的微小截面取一个垂直于场强方向的微小截面•每秒内经过截面每秒内经过截面         的电量为的电量为•过过截面截面        的的电电流流强强度：度：电流密度公式推导：电流密度公式推导：三、三、电电流密度和流密度和电电流流强强度的关系度的关系        穿穿过过某截面的某截面的电电流流强强度等于度等于经过该经过该面的面的电电流流密度的通量密度的通量电电流流强强度是度是电电流密度的通量流密度的通量四、四、电电流的延流的延续续性方程性方程————电电流的延流的延续续性方程性方程单单位位时间时间内从封内从封锁锁面内向外流出的正面内向外流出的正电电荷的荷的电电量。

量五、稳恒电场五、稳恒电场————电电流的延流的延续续性方程性方程恒定恒定电电流：流：导导体内各体内各处处的的电电流密度都不随流密度都不随时间变时间变化化对对恒定恒定电电流有：流有：在恒定在恒定电电流情况下，流情况下，导导体内体内电电荷的分布不随荷的分布不随时间时间改改动动不随时间时间改改动动的的电电荷分布荷分布产产生不随生不随时间时间改改动动的的电场电场，，这这种种电场电场称恒定称恒定电场电场静静静静电场电场电场电场恒定恒定恒定恒定电场电场电场电场电电荷分布不随荷分布不随时间时间改改动动但伴随着但伴随着电电荷的定向挪荷的定向挪动动电场电场有保守性，它是有保守性，它是保守保守场场，或有，或有势场势场产产生生电场电场的的电电荷一直固荷一直固定不定不动动电场电场有保守性，它是有保守性，它是保守保守场场，或有，或有势场势场静静电电平衡平衡时时，，导导体内体内电电场为场为零，零，导导体是等体是等势势体体导导体内体内电场电场不不为为零，零，导导体内恣意两点不等体内恣意两点不等势势维维持静持静电场电场不需求不需求能量的能量的转换转换稳稳恒恒电场电场的存在的存在总总要要伴随着能量的伴随着能量的转换转换14.2 14.2 电流的一种经典微观图像电流的一种经典微观图像•设导体内有电场•每个自在电子受力•加速度一、欧姆定律的微分方式一、欧姆定律的微分方式•下次碰撞前的定向速度有•由某次碰撞某次碰撞下一次碰撞下一次碰撞··•定定义电导义电导率：率：•每次碰撞后瞬间平均而言，定向速度为零•设两次碰撞间电子平均自在飞行时间为欧姆定律欧姆定律14.3 14.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电力静电力运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁力磁力磁力景象：磁力景象：1.永磁体同极相斥，异极相吸永磁体同极相斥，异极相吸磁铁磁铁磁铁磁铁SNSN2.磁体对电流的作用磁体对电流的作用3.奥斯特实验奥斯特实验磁体磁体电流电流电流电流磁体磁体电流电流磁体磁体4.磁体磁体对对运运动电动电荷的作用荷的作用电子束电子束NS+5.平行平行电电流流间间的相互作用的相互作用磁体磁体运动电荷运动电荷电流电流电流电流磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁电流电流运动的电荷运动的电荷电流电流电流电流磁铁磁铁运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷                       运运动电动电荷之荷之间间相互作用的表相互作用的表现现磁力：磁力：磁景象的磁景象的电电本本质质14.4 14.4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度运运动电动电荷荷〔 〔磁磁铁铁、、电电流流〕 〕在其周在其周围围空空间间存在磁存在磁场场运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷磁场磁场静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电场静电场一、磁一、磁场场概念的引入概念的引入运运动电动电荷荷电场电场磁场磁场二、磁感二、磁感应应强强度度1.当点当点电电荷沿某方向运荷沿某方向运动时动时，它，它不受磁不受磁场场力作用力作用 ——磁磁场场方向方向2.当点电荷垂直于磁场方向运动当点电荷垂直于磁场方向运动时，它所受的磁场力最大，用时，它所受的磁场力最大，用 表示表示 但对磁场中某一指定点而言，但对磁场中某一指定点而言，    与与                 比值比值 是是一一 个与个与     和和    的大小都无关的恒量，的大小都无关的恒量， 这恒量仅与磁这恒量仅与磁场在该点的性质有关。

场在该点的性质有关定义磁感应强度定义磁感应强度B为为磁感应强度磁感应强度B:  磁感应强度磁感应强度B具有叠加的性质具有叠加的性质( (高斯高斯) )方向方向: : 小磁小磁针针在在该该点的点的N N极指向极指向单单位位: T(: T(特斯拉特斯拉) )大小大小: :三、磁感线三、磁感线方向：切方向：切线线大小：大小：I直直线电线电流的磁感流的磁感线线圆电圆电流的磁感流的磁感线线I通通电电螺螺线线管的磁感管的磁感线线1 1、每一条磁感、每一条磁感线线都是都是环绕电环绕电流的流的闭闭合曲合曲线线，都与，都与闭闭合合电电路相互套合，因此磁路相互套合，因此磁场场是是涡涡旋旋场场磁感线线是无是无头头无尾的无尾的闭闭合回合回线线2 2、恣意两条磁感、恣意两条磁感线线在空在空间间不相交磁通量磁通量——穿穿过过磁磁场场中任一曲面的磁力中任一曲面的磁力线线的条数的条数在均匀磁场中在均匀磁场中,以周界为以周界为L的同一平面上张有如图的同一平面上张有如图A、、B、、C、、D所示的四种外形的不同曲所示的四种外形的不同曲 面面,那么穿过每个那么穿过每个曲面的总磁通量曲面的总磁通量      为为 A.经过经过 B图图曲面的曲面的      最大最大B. B. 经过经过 D图图曲面的曲面的     最最大大C. C. 经过经过 C图图曲面的曲面的     最最大大D. D. 经过经过四个曲面的四个曲面的     一一样样四、磁四、磁场场中的高斯定理中的高斯定理穿穿过过恣意恣意闭闭合曲面的磁通量合曲面的磁通量为为零零磁磁场场是无源是无源场场。

洛仑兹力洛仑兹力运运动电动电荷在磁荷在磁场场中所受的磁中所受的磁场场力力电场力电场力磁场力磁场力洛洛仑兹仑兹力公式力公式力与速度方向垂直不能改力与速度方向垂直不能改动动速度大小，只能改速度大小，只能改动动速度方向速度方向14.5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动粒子做直粒子做直线线运运动动粒子做匀速粒子做匀速圆圆周运周运动动××××××××××××××××××××××××××××××空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如下图空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如下图.今有一个粒子今有一个粒子a可以沿竖直方向穿过该空间可以沿竖直方向穿过该空间,那么那么 A.a必带正电必带正电B.B. a必带负电必带负电C.C. a必不带电必不带电D.D.不能断定不能断定a能否带电能否带电图图示示为为一均匀磁一均匀磁场场,其分布范其分布范围为围为x = 0到到 x = ∞,  y =±∞的空的空间间一个一个电电量量为为正正q、、质质量量为为m的粒子的粒子,以速度以速度v 从从 x = 0,y = 0,沿沿x正向正向处进处进入磁入磁场场带电带电粒子受磁粒子受磁场场偏偏转转后后,逸出磁逸出磁场场处处的坐的坐标为标为 习题习题14.9 北京正负电子对撞机中电子在周长为北京正负电子对撞机中电子在周长为240m的的储存环中作轨道运动。

知电子的动量是储存环中作轨道运动知电子的动量是              求：偏转磁场的磁感应强度求：偏转磁场的磁感应强度习题习题14.6 如图，一电子经过如图，一电子经过A点时，具有速率点时，具有速率〔〔1〕欲使这电子沿半圆自〕欲使这电子沿半圆自A至至C运动，试求所需的磁场运动，试求所需的磁场大小和方向大小和方向(2)求电子自求电子自A运动到运动到C所需的时间所需的时间螺距螺距 d：：磁聚焦磁聚焦极光极光范艾伦辐射带范艾伦辐射带极光的构成极光的构成14.614.6霍耳效应霍耳效应厚度厚度b,宽为宽为h的导电薄片，沿的导电薄片，沿-x轴通有电流强度轴通有电流强度I，当，当在在y轴方向加以匀强磁场轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧时，在导电薄片两侧产生一电位差产生一电位差，这一景象称为霍耳效应，这一景象称为霍耳效应RH---霍耳系数霍耳系数++++++++++++q<0++++++++++++霍尔效应原理霍尔效应原理 此时载流子将作匀速直线运动，同时此时载流子将作匀速直线运动，同时 两侧两侧停顿电荷的继续堆积，从而在停顿电荷的继续堆积，从而在 两侧建立一个稳定两侧建立一个稳定的电势差的电势差q>0++++++++++++霍耳效霍耳效应应的运用的运用2、根据霍耳系数的大小的、根据霍耳系数的大小的测测定，定，     可以确定可以确定载载流子的流子的浓浓度度n型半型半导导体体载载流子流子为电为电子子p型半型半导导体体载载流子流子为带为带正正电电的空穴的空穴1、确定半、确定半导导体的体的类类型型 霍耳效霍耳效应应已在丈量技已在丈量技术术、、电电子技子技术术、、计计算技算技术术等各个等各个领领域中得到越来越普遍的运用。

域中得到越来越普遍的运用3、可以、可以经过经过霍霍尔尔电压电压来丈量磁来丈量磁场场B14.7 14.7 载流导线在磁场中受的力和力矩载流导线在磁场中受的力和力矩•每个每个载载流子受力：流子受力：•在在     段中共有载流子数目：段中共有载流子数目：•这这些些载载流子受力的流子受力的总总和：和：一、一、 安培定律安培定律安培力：安培力：电电流元在磁流元在磁场场中遭到的磁力中遭到的磁力方向判方向判别别 右手螺旋右手螺旋载载流流导线导线遭到的磁力遭到的磁力大小大小平行平行z 轴有一长为轴有一长为L的载流直导线的载流直导线, 电流为电流为I , 该导线处在该导线处在一均匀磁场一均匀磁场B中中,沿三个坐标轴的分量分别为沿三个坐标轴的分量分别为Bx , By , Bz .以下结论中哪个是正确的以下结论中哪个是正确的?  A. Fy = I L By  B. Fz = I L Bx   C. Fx = -I L By  D. Fs = 0 (Fs表示合力表示合力)一个电流元一个电流元 Idl 放在磁场中放在磁场中o点，当它沿点，当它沿 x 轴正向时，受轴正向时，受力为零；当它沿力为零；当它沿 y 轴正向时轴正向时,受力沿受力沿z轴负方向轴负方向. 试问以下试问以下各图哪一个正确表示了该点磁感应强度各图哪一个正确表示了该点磁感应强度B的方向的方向? (A)(B)(C)(D)。