1、 第七章第七章 電流與穩(wěn)恒磁場電流與穩(wěn)恒磁場 二二 掌握掌握描述磁場的物理量描述磁場的物理量磁感強度的概念，理磁感強度的概念，理解它是矢量點函數(shù)解它是矢量點函數(shù). 三三 掌握掌握畢奧薩伐爾定律，能利用它計算一些簡單問畢奧薩伐爾定律，能利用它計算一些簡單問題中的磁感強度題中的磁感強度. 四四 掌握掌握穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理.理解用理解用安培環(huán)路定理計算磁感強度的條件和方法安培環(huán)路定理計算磁感強度的條件和方法. 五五 理解理解洛倫茲力和安培力的公式洛倫茲力和安培力的公式 ，能分析電荷在均，能分析電荷在均勻電場和磁場中的受力和運動勻電場和磁場中的受力和運動.

2、 了解磁矩的概念了解磁矩的概念. 能計算簡能計算簡單幾何形狀載流導體和載流平面線圈在均勻磁場中或在無單幾何形狀載流導體和載流平面線圈在均勻磁場中或在無限長載流直導體產生的非均勻磁場中所受的力和力矩限長載流直導體產生的非均勻磁場中所受的力和力矩. 一一 理解理解恒定電流產生的條件，恒定電流產生的條件，理解理解電流密度和電動電流密度和電動勢的概念勢的概念.+IS 一一 電流強度和電流密度電流強度和電流密度SenIdv 1.電流強度電流強度為通過截面為通過截面S 的電荷隨時間的的電荷隨時間的變化率變化率為電子的為電子的漂移速度漂移速度大小大小dv單位單位: A 1A 10mA-3tqIddtSenq

3、dddvsSjIdcosdddSjSjIdcosddcosdddvenSIStQjSdjI該點該點正正電荷電荷運動方向運動方向j方向方向規(guī)定：規(guī)定：大小大小規(guī)定：等于在單位時間內過該點附近垂直規(guī)定：等于在單位時間內過該點附近垂直于正電荷運動方向的單位面積的電荷于正電荷運動方向的單位面積的電荷0d sSj 恒恒 定定 電電 流流 021IIItQtQSjisddddd二二 電流的連續(xù)性方程和穩(wěn)恒電流條件電流的連續(xù)性方程和穩(wěn)恒電流條件SSdjSI1I2I0ddtQi 若閉合曲面若閉合曲面 S 內的電荷不隨時間內的電荷不隨時間而變化，有而變化，有 單位時間內通過閉合曲面向外流出的電荷，等于此單位時間

4、內通過閉合曲面向外流出的電荷，等于此時間內閉合曲面里電荷的減少量時間內閉合曲面里電荷的減少量 .恒定電場恒定電場 1）在恒定電流情況下，導體中電荷分布不隨）在恒定電流情況下，導體中電荷分布不隨時間變化形成恒定電場；時間變化形成恒定電場； 2）恒定電場）恒定電場與靜電場具有相似性質與靜電場具有相似性質（高斯定（高斯定理和環(huán)路定理），理和環(huán)路定理），恒定電場可引入電勢的概念；恒定電場可引入電勢的概念； 3）恒定電場的存在伴隨能量的轉換恒定電場的存在伴隨能量的轉換.SSdj0d sSj 恒恒 定定 電電 流流 三三 導體的電阻與電阻率導體的電阻與電阻率電阻率電阻率 )1 1212TT （IRU 一段

5、電路的歐姆定律一段電路的歐姆定律SlR電阻定律電阻定律SlR電導率電導率電阻的溫度系數(shù)電阻的溫度系數(shù) 電阻率（電導率）不但與材料的種類有關，而電阻率（電導率）不但與材料的種類有關，而且還和溫度有關且還和溫度有關 . 一般金屬在溫度不太低時一般金屬在溫度不太低時電阻率電阻率超導體超導體 有些金屬和化合物在降到接近絕對零度時，它有些金屬和化合物在降到接近絕對零度時，它們的們的電阻率突然減小到零電阻率突然減小到零，這種現(xiàn)象叫超導，這種現(xiàn)象叫超導.0.050.104.10 4.204.30*超導的轉超導的轉變溫度變溫度T/KR/CT汞在汞在4.2K附近附近電阻電阻突然突然降為降為零零歐姆定律的歐姆定律

6、的 微分微分形式形式 EEj1EElUSI1dd1ddRUIdd Il dIdUUU dSd四四 歐姆定律的微分形式歐姆定律的微分形式SlRddSlUIddd1d 一般金屬或電解液，歐姆定律在相當大的電一般金屬或電解液，歐姆定律在相當大的電壓范圍內是成立的，壓范圍內是成立的， 但對于許多導體或半導體，但對于許多導體或半導體，歐姆定律不成立，這種非歐姆導電特性有很大的歐姆定律不成立，這種非歐姆導電特性有很大的實際意義，在電子技術，電子計算機技術等現(xiàn)代實際意義，在電子技術，電子計算機技術等現(xiàn)代技術中有重要作用技術中有重要作用.注意注意歐姆定律的歐姆定律的 微分微分形式形式 EEj1表明任一點的電流

7、密度表明任一點的電流密度 與電場強度與電場強度 方向相同，方向相同，大小成正比大小成正比jE五五 電功率和焦耳定律電功率和焦耳定律IIAVABVBGdddAqUIU tAIUtddAPIUt2QAI Rt2PI R2pEt時間內電流所作的總功為 若把電器G接在電路的A（電勢為VA）和B（電勢為VB）之間，如圖所示電荷dq從點A經(jīng)電器G到點B電流所作的功為相應的電功率為焦耳定律的微分形式：六六 電動勢電動勢 非靜電力非靜電力: 能不斷分離正負電能不斷分離正負電荷使正電荷逆靜電場力方向運動荷使正電荷逆靜電場力方向運動.電源電源：提供非靜電力的裝置：提供非靜電力的裝置. 非靜電非靜電電場強度電場強度

8、 : 為單位為單位正電荷所受的非靜電力正電荷所受的非靜電力.kElklklEqlEEqWdd)( 電動勢的定義：電動勢的定義：單位正電荷繞閉合回路運動一周，單位正電荷繞閉合回路運動一周，非靜電力所做的功非靜電力所做的功.E+-RIqlEqqWlkdE電動勢電動勢+kE電源的電動勢電源的電動勢 和內阻和內阻 EiRE*正正極極負負極極電源電源+_iRlElEkkdd內外E0d 外lEk 電源電動勢大小電源電動勢大小等于將單位正電荷從負極經(jīng)電源等于將單位正電荷從負極經(jīng)電源內部移至正極時非靜電力所作的功內部移至正極時非靜電力所作的功.lElEklkdd內E電源電動勢電源電動勢2enejEEmu2en

9、em u式中應該指出經(jīng)典電子理論只能給出一個粗略的微觀導電圖象，并不能給出與實驗事實相符合的定量結果 七七 金屬導電的經(jīng)典電子理論金屬導電的經(jīng)典電子理論電流密度 一一 磁現(xiàn)象：磁現(xiàn)象：1、天然磁體周圍有磁場；、天然磁體周圍有磁場；2、通電導線周圍有磁場；、通電導線周圍有磁場；3、電子束周圍有磁場。、電子束周圍有磁場。表現(xiàn)為：表現(xiàn)為：使小磁針偏轉使小磁針偏轉表現(xiàn)為：表現(xiàn)為：相互吸引相互吸引排斥排斥偏轉等偏轉等4、通電線能使小磁針偏轉；、通電線能使小磁針偏轉；5、磁體的磁場能給通電線以力的作用；、磁體的磁場能給通電線以力的作用；6、通電導線之間有力的作用；、通電導線之間有力的作用；7、磁體的磁場能

10、給通電線圈以力矩作用；、磁體的磁場能給通電線圈以力矩作用；8、通電線圈之間有力的作用；、通電線圈之間有力的作用；9、天然磁體能使電子束偏轉。、天然磁體能使電子束偏轉。xyzo0F二二 磁磁 感感 強強 度度+v 帶電粒子在磁場中運帶電粒子在磁場中運動所受的力與運動方向有動所受的力與運動方向有關關. 實驗發(fā)現(xiàn)帶電粒子在實驗發(fā)現(xiàn)帶電粒子在磁場中沿某一特定直線方磁場中沿某一特定直線方向運動時不受力，此直線向運動時不受力，此直線方向與電荷無關方向與電荷無關.+vvv運動電荷運動電荷運動電荷運動電荷磁場磁場 帶電粒子在磁場中沿帶電粒子在磁場中沿其他方向運動時其他方向運動時 垂直垂直于于 與特定直線所組成

11、與特定直線所組成的平面的平面.Fv 當帶電粒子在磁場中當帶電粒子在磁場中垂直于此特定直線運動時垂直于此特定直線運動時受力最大受力最大.FFFmaxvqFmax大小與大小與 無關無關v, q 磁感強度磁感強度 的定義：的定義：當當正電荷垂直于正電荷垂直于 特定直線運動特定直線運動時，受力時，受力 將將 方方向定義為該點的向定義為該點的 的方向的方向. BmaxFvmaxFBvqFmax單位單位 特斯拉特斯拉mN/A1)T( 1+qvBmaxF 磁感強度磁感強度 的定義：的定義：當當正正電荷垂直于特定直線運動電荷垂直于特定直線運動時，受力時，受力 將將 方方向定義為該點的向定義為該點的 的方向的方

12、向. BmaxFvmaxFBvqFBmax磁感強度大小磁感強度大小運動電荷在磁場中受力運動電荷在磁場中受力BqF v三三 磁場的高斯定理磁場的高斯定理 規(guī)定規(guī)定：曲線上每一點的：曲線上每一點的切線方向切線方向就是該點的磁感強度就是該點的磁感強度 B 的方向的方向，曲線的，曲線的疏密程度疏密程度表示該點的磁感強度表示該點的磁感強度 B 的大小的大小.III1.磁磁 感感 線線2. 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理BSNBSSNISNI磁場中某點處垂直磁場中某點處垂直 矢量矢量的單位面積上通過的磁感的單位面積上通過的磁感線數(shù)目等于該點線數(shù)目等于該點 的數(shù)值的數(shù)值.BB 磁通量磁通量：通過

13、某一曲：通過某一曲面的磁感線數(shù)為通過此曲面的磁感線數(shù)為通過此曲面的磁通量面的磁通量.BSBScosSeBSBncosddSBsdSB單位單位2m1T1Wb1SBddBsSdBsBsBneBS0dd111SB0dd222SB0dcosSBS 物理意義物理意義：通過任意閉合曲面的磁通量必等于零：通過任意閉合曲面的磁通量必等于零 （故磁場是故磁場是無源的無源的.） 磁場高斯定理磁場高斯定理0dSBS1dS11B2dS22BIP*一一 畢奧畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律(電流元在空間產生的磁場電流元在空間產生的磁場)20sind4drlIB30d4drrlIB真空磁導率真空磁導率 270AN104lIdBd

14、30d4drrlIBB 任意載流導線在點任意載流導線在點 P 處的磁感強度處的磁感強度磁感強度疊加原理磁感強度疊加原理rlIdrBd畢奧畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律二二 運動電荷的磁場運動電荷的磁場 qvISdl電流電流電荷定向運動電荷定向運動電流元電流元2004rrlIdBd qnvSI 載流子載流子總數(shù)總數(shù)nSdldN lId其中其中電荷電荷密度密度速率速率截面積截面積30d4drrlIB畢奧畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律同同向向與與若若rvBq ,0 q vBr q vBr 反反向向與與若若rvBq ,0運動電荷產生的磁場運動電荷產生的磁場304rrvqB2004r)r ,vsin(qvdNdBB

15、 yxzIPCDo0r* 例例1 載流長直導線的磁場載流長直導線的磁場.Bd解解20sind4drzIBCDrzIBB20sind4dsin/,cot00rrrz20sin/ddrz 方向均沿方向均沿 x 軸的負方向軸的負方向Bd1r三三 畢奧畢奧-薩伐爾定律的薩伐爾定律的應用應用221dsin400rIBzzd）（2100coscos4rI 的方向沿的方向沿 x 軸的負方向軸的負方向.B21dsin400rIB無限長無限長載流長直導線的磁場載流長直導線的磁場.021002rIB）（2100coscos4rIB12PCDyxzoIB+IBrIB20 電流與磁感強度成電流與磁感強度成右螺旋關系右

16、螺旋關系半無限長半無限長載流長直導線的磁場載流長直導線的磁場rIBP40 無限長載流長直導線的磁場無限長載流長直導線的磁場r*PIo221IBX XIx 真空中真空中 , 半徑為半徑為R 的載流導線的載流導線 , 通有電流通有電流I , 稱圓稱圓電流電流. 求求其其軸線上一點軸線上一點 p 的磁感強度的方向和大小的磁感強度的方向和大小. 解解 根據(jù)對稱性分析根據(jù)對稱性分析sindBBBx20d4drlIB例例2 圓形載流導線的磁場圓形載流導線的磁場.rBdBBlIdpRo*xxRp*20dcos4drlIBxlrlIB20dcos4222cosxRrrRRlrIRB2030d42322202）

17、（RxIRB20d4drlIBoBdrlId2322202）（RxIRBRIB20 3）0 x3032022xISBxIRB，4）Rx2） 的方向不變的方向不變( 和和 成成右螺旋右螺旋關系）關系）0 xBIB1）若線圈有）若線圈有 匝匝N2322202）（RxIRNB討討論論x*BxoRIoI2R1R（5）* Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）RIB200RIB400RIB8001010200444RIRIRIBdIBA40 x0B+ + + + + + + +pR+ +*例例3 載流直螺線管的磁場載流直螺線管的磁場 如圖所示，有一長為如圖所示，有一長為l , 半徑為半徑為R

18、的載流密繞直螺的載流密繞直螺線管，螺線管的總匝數(shù)為線管，螺線管的總匝數(shù)為N，通有電流，通有電流I. 設把螺線管設把螺線管放在真空中，求管內軸線上一點處的磁感強度放在真空中，求管內軸線上一點處的磁感強度.2/322202）（RxIRB解解 由圓形電流磁場公式由圓形電流磁場公式oxxdxop1xx2x+ + + + + + + + +2/32220d2dxRxInRBcotRx 2222cscRxR212/32220d2dxxxRxRnIBBdcscd2Rx21dsin20nI21dcscdcsc233230RRnIB21120coscos2nIB 討討 論論（1）P點位于管內點位于管內軸線中點軸

19、線中點212/ 1220204/2cosRllnInIB2222/2/cosRll21coscosnIB0Rl 若若(2) 無限長的無限長的螺線管螺線管 nIB021（3）半無限長半無限長螺線管螺線管0,221或由或由 代入代入0,21120coscos2nIBnI021xBnI0OnIB0一一 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理lRIlBld2d0oIRl 設閉合回路設閉合回路 為圓形為圓形回路回路（ 與與 成成右右螺旋螺旋）IlllllRIlBd2d0IlBl0dBldRIB20 載流長直導線的磁感強度為載流長直導線的磁感強度為oIRBldlIIlBl0200d2dd2d2d00IrrIlB若若回路

20、繞向化為回路繞向化為逆逆時針時，時針時，則則對任意形狀的回路對任意形狀的回路IlBl0drldB 與與 成成右右螺旋螺旋lIlIdIld2dd02211IlBlB0dd2211lBlB0dlBl電流在回路之外電流在回路之外20210122rIBrIB，d1dl1r2r2dl1B2B 多電流情況多電流情況321BBBB 以上結果對以上結果對任意任意形狀形狀的閉合電流（伸向無限遠的閉合電流（伸向無限遠的電流）均成立的電流）均成立.)(d320IIlBl1I2I3Il 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理niiIlB10d安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理niiIlB10d 即在真空的穩(wěn)恒磁場中，磁感應強度即在真空的穩(wěn)恒

21、磁場中，磁感應強度 沿任沿任一閉合路徑的積分的值，等于一閉合路徑的積分的值，等于 乘以該閉合路徑乘以該閉合路徑所包圍的各電流的代數(shù)和所包圍的各電流的代數(shù)和.B0 電流電流 正負正負的規(guī)定的規(guī)定 ： 與與 成成右右螺旋時，螺旋時， 為為正正；反反之為之為負負.IILI注意注意）（210II 問問 1） 是否與回路是否與回路 外電流有關外電流有關？LB3I2I1IL1I1I)(d21110IIIIlBL2）若若 ，是否回路，是否回路 上各處上各處 ？ 是否回路是否回路 內無電流穿過內無電流穿過？0BL0d lBLLIR二二 安培環(huán)路定理的應用安培環(huán)路定理的應用當場源分布具有當場源分布具有高度對稱性

22、高度對稱性時，利用安培環(huán)路定理時，利用安培環(huán)路定理計算磁感應強度計算磁感應強度例例1. 無限長載流圓柱導體的磁場分布無限長載流圓柱導體的磁場分布分析對稱性分析對稱性電流分布電流分布軸對稱軸對稱磁場分布磁場分布軸對稱軸對稱已知：已知：I、R電流沿軸向，在截面上均勻分布電流沿軸向，在截面上均勻分布BdOP1dS2dS1Bd2Bd的方向判斷如下：的方向判斷如下：BrlIR 作積分環(huán)路并計算環(huán)流作積分環(huán)路并計算環(huán)流如圖如圖 BrBBdll dB 2 利用安培環(huán)路定理求利用安培環(huán)路定理求IldB0 Rr IrB02 0 BrrIB20220rRI 作積分環(huán)路并計算環(huán)流作積分環(huán)路并計算環(huán)流如圖如圖 BrB

23、BdlldB 2 利用安培環(huán)路定理求利用安培環(huán)路定理求IldB 0 Rr IR0 I rB202 RIrB 結論結論：無限長載流圓柱導體。已知：無限長載流圓柱導體。已知：I、RRI 20BROrRrrIRrRIrB22020討論討論：長直載流圓柱面。已知：長直載流圓柱面。已知：I、RrBBdll dB 2 RrIRr00 rRORI 20BRIRrrIRrB200 例例2 載流長直螺線管內的磁場載流長直螺線管內的磁場 解解 1 ) 對稱性分析螺旋管內為均勻場對稱性分析螺旋管內為均勻場 , 方向沿方向沿軸向軸向, 外外部磁感強度趨于零部磁感強度趨于零 ，即，即 .0BPMOPNOMNllBlBl

24、BlBlBdddddIMNnMNB0nIB0 無限長載流螺線管內部磁場處處相等無限長載流螺線管內部磁場處處相等 , 外部磁場外部磁場為零為零.2 ) 選回路選回路 .L+B 磁場磁場 的方向與的方向與電流電流 成成右螺旋右螺旋.BILMNPOdRNIRBlBl02dLNIB0當當 時，螺繞環(huán)內可視為均勻場時，螺繞環(huán)內可視為均勻場 .dR2 例例3 求載流螺繞環(huán)內的磁場求載流螺繞環(huán)內的磁場RNIB202）選回路選回路 .解解 1） 對稱性分析；環(huán)內對稱性分析；環(huán)內 線為同心圓，環(huán)外線為同心圓，環(huán)外 為零為零. BBRL2令令一一 安培定律安培定律安培力：安培力：電流元在磁場中受到的磁力電流元在磁

25、場中受到的磁力安培定律安培定律 sinIdlBdF )B, lIdarcsin( 方向判斷方向判斷 右手螺旋右手螺旋 LBlIdFdF載流導線受到的磁力載流導線受到的磁力大小大小BlIdFdBlIdFd 有限長載流導線有限長載流導線所受的安培力所受的安培力BlIFFllddBlIF dd 安培定律安培定律 sinddlBIF 意義意義 磁場對電流元作用的力磁場對電流元作用的力 ，在數(shù)值上等，在數(shù)值上等于電流元于電流元 的大小的大小 、電流元所在處的磁感強度、電流元所在處的磁感強度 大小以及電流元和磁感應強度之間的夾角大小以及電流元和磁感應強度之間的夾角 的正弦的正弦之乘積之乘積 , 垂直于垂直

26、于 和和 所組成的平面所組成的平面, 且且 與與 同向同向 .lIdBlIdBFdFdBlIdlIdBFdABCxyI00Bo根據(jù)對稱性分析根據(jù)對稱性分析jFFy2202xFjBABIF1解解sindd222FFFy1F2dFrlId2dFlId 例例 如圖一通有電流如圖一通有電流 的閉合回路放在磁感應強的閉合回路放在磁感應強度為度為 的均勻磁場中，回路平面與磁感強度的均勻磁場中，回路平面與磁感強度 垂直垂直 .回路由直導線回路由直導線 AB 和半徑為和半徑為 的圓弧導線的圓弧導線 BCA 組成組成 ，電流為順時針方向電流為順時針方向, 求磁場作用于閉合導線的力求磁場作用于閉合導線的力.IBr

27、BACxyrI1FlId0B2dFlIdo0Bsindd222FFFysindlBI002dsinBIrFjABBIjrBIF)cos2(02dddrl 因因jABBIF1由于由于021FFF故故二二 洛倫茲力洛倫茲力dI lddsinFI lBdd ddddqnq l SInq Sttdd dsinFnq S lBdsindFFqBNqFBdSdlIBBFq放在磁場B中的電流元 將受到磁場對它所作用的安培力，其大小為大小可以表示為所以運動電荷所受的洛倫茲力的大小為選取電流元如圖所示，電流可以表示為用矢量式可表示為上式就是洛倫茲力磁場對運動電荷作用力的公式二二 洛倫茲力洛倫茲力ddsinFI

28、lBdd ddddqnq l SInq Sttdd dsinFnq S lBdSdlIB放在磁場B中的電流元將受到磁場對它所作用的安培力，其大小為選取電流元如圖所示，電流可以表示為大小可以表示為dsindFFqBNqFBBFq所以運動電荷所受洛倫茲力的大小為用矢量式可表示為上式就是洛倫茲力磁場對運動電荷作用力的公式1I2Id三三 平行載流導線間的相互作用力平行載流導線間的相互作用力 電流單位電流單位“安培安培”的定的定義義 dIB2101dIB2202sindd2212lIBF dlIIlIBF2ddd11201121dIIlFlF2dddd21011221sin,90dlIIlIBF2ddd

29、221022121B2B2dF22dlI11dlI1dF 國際單位制中國際單位制中電流單位安培的定義電流單位安培的定義 在真空中兩平行長直導線相在真空中兩平行長直導線相距距 1 m ，通有大小相等、方向相，通有大小相等、方向相同的電流，當兩導線每單位長度同的電流，當兩導線每單位長度上的吸引力為上的吸引力為 時，時，規(guī)定這時的電流為規(guī)定這時的電流為 1 A （安培）（安培）.17mN10217mH104 問問 若兩直導線電流方向相反若兩直導線電流方向相反二者之間的作用力如何？二者之間的作用力如何？dIIlFlF2dddd21022111I2I1B2B2dF1dFd270AN104可得可得四四 磁

30、力的功磁力的功載流導線在磁場中運動時磁力所做的功載流導線在磁場中運動時磁力所做的功. . . . .IIBFlx xFA xBIl mI ne M,N O,PBBMNOPIne五五 磁場對載流線圈的作用磁場對載流線圈的作用如圖如圖 均勻均勻磁場中有一矩形載流線圈磁場中有一矩形載流線圈MNOP12lNOlMN21FF21BIlF 43FF)sin(13 BIlF041iiFF3F4F1F1F2F2FsinBISM BmBeISMnBeNISMn線圈有線圈有N匝時匝時12lNOlMNsinsin1211lBIllFMB1F3FMNOPIne2F4Fne M,N O,PB1F2FIB.FF. . .

31、 . . . . . . . . . . . . . .FIBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + IFmax,2MM 0,0M穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡不不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡討討 論論1） 方向與方向與 相同相同Bne2）方向相反）方向相反3）方向垂直）方向垂直0,M力矩最大力矩最大 結論結論: 均勻均勻磁場中，任意形狀磁場中，任意形狀剛剛性閉合性閉合平面平面通電線圈所受的力和力矩為通電線圈所受的力和力矩為BmMF,02/,maxmBMMBmne與與 成成右右螺旋螺旋I0穩(wěn)定穩(wěn)定平衡平衡非穩(wěn)定非穩(wěn)定平衡平衡0,/MBmneNISm 磁矩磁矩xy

32、zo一一 帶電粒子在電場和磁場中所受的力帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力電場力EqFe磁場力磁場力（洛侖茲力洛侖茲力）BqF vm+qvBmFBqEqFv 運動電荷在電運動電荷在電場和磁場中受的力場和磁場中受的力 方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由經(jīng)小于由經(jīng)小于 的角彎向的角彎向 ，拇指的指向就是正電荷所受拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向洛侖茲力的方向.Bv1801 . 磁聚焦磁聚焦（洛侖茲力不做功洛侖茲力不做功）vvv/sinvv 洛侖茲力洛侖茲力 BqFvm 與與 不垂直不垂直Bvcosvv/qBmT2qBmRvqBmd2cosvTv/螺距螺距二二 帶電粒子在電磁場中運動舉

33、例帶電粒子在電磁場中運動舉例 應用應用 電子光學電子光學 , 電子顯微鏡等電子顯微鏡等 . 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場中某點在均勻磁場中某點 A 發(fā)射一束初速相發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子差不大的帶電粒子, 它們的它們的 與與 之間的夾角之間的夾角 不盡相同不盡相同 , 但都較小但都較小, 這些粒子沿半徑不同的螺旋這些粒子沿半徑不同的螺旋線運動線運動, 因螺距近似相等因螺距近似相等, 都相交于屏上同一點都相交于屏上同一點, 此此現(xiàn)象稱之為磁聚焦現(xiàn)象稱之為磁聚焦 .0vB2 . 回旋加速器回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室型室. 此加速器可將質

34、子和氘核加速到此加速器可將質子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，為此為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學獎年勞倫斯獲得諾貝爾物理學獎.mqBf2mqBR0v2k21vmE 頻率與半徑無關頻率與半徑無關到半圓盒邊緣時到半圓盒邊緣時mRBqE22022k回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖NSB2D1DON 我國于我國于1994年建年建成的第一成的第一臺強流質臺強流質子加速器子加速器 ，可產生數(shù)可產生數(shù)十種中短十種中短壽命放射壽命放射性同位素性同位素 .3 . 質譜儀質譜儀RmBq2vvvRBqm7072 73 74 76鍺的質譜鍺的質譜.1p2p+-2s3s1s速度選擇器速度選擇器照相底片照相底片

35、質譜儀的示意圖質譜儀的示意圖霍 耳 效 應4 . 霍耳效應霍耳效應dBIbHUdIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳霍耳系數(shù)系數(shù)+qdv+ + + + + - - - - -eFmFbdqndvSqnIdv2HnehR ), 2 , 1(n 量子霍爾效應量子霍爾效應（1980年）年）051015200300400100T/BmV/HU2n3n4nIURHH 霍耳電阻霍耳電阻I+ + +- - -P 型半導體型半導體+-HUBmFdv霍耳效應的應用霍耳效應的應用2）測量磁場測量磁場dIBRUHH霍耳電壓霍耳電壓1）判斷半導體的類型判斷半導體

36、的類型mF+ + +- - - N 型半導體型半導體HU-BI+-dv一一 磁介質的磁化磁介質的磁化0BBB介質磁化后的介質磁化后的附加磁感強度附加磁感強度真空中的真空中的磁感強度磁感強度 磁介質中的磁介質中的總磁感強度總磁感強度順磁質順磁質 0BB0BB抗抗磁質磁質0BB鐵鐵磁質磁質（鐵、鈷、鎳等）（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）（銅、鉍、氫等）弱磁質弱磁質0BBB無外磁場無外磁場順順 磁磁 質質 的的 磁磁 化化分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩mI0B有外磁場有外磁場sIqv0B0,B 同同向向時時qv0,B 反反向向時時0B無外磁場時抗磁質無外磁場時抗磁質

37、分子磁矩為零分子磁矩為零 0m0BBB抗磁質內磁場抗磁質內磁場FmFmmm抗磁質的磁化抗磁質的磁化二二 磁化強度磁化強度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和體積元體積元1mA單位單位（安安/米米）0BBB抗磁質內磁場抗磁質內磁場0BBB順磁質內磁場順磁質內磁場 意義意義 磁介磁介質中單位體積內質中單位體積內分子的合磁矩分子的合磁矩.CI+I+rrADLBCiBClIlBlB0dd)(s0INI nmLLIrnI2snmVmM2 rIm 分子磁矩分子磁矩（單位體積分子磁矩數(shù)）（單位體積分子磁矩數(shù)）nMLI s傳導電流傳導電流分布電流分布電流二二 磁化電流與磁化強度的關系磁化電流與磁化強度的關系

38、)(d0slINIlBllMIdsMLI sBClMd+I+ADLBC四四 磁介質中的安培環(huán)路定理磁介質中的安培環(huán)路定理 LLsIIl dB)(0 l dMIl dBLLL 00 LLIld)MB(00 LsLIldMMBH 0 定義定義磁場強度磁場強度 在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內各傳導電的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內各傳導電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關。流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關。單位單位：安培：安培/米米(A/m)LLIl dH0HBMBH00HM各向同性各向同性磁介質磁介質（磁化率）（磁

39、化率）HB)1 (01r相對相對磁導率磁導率r0磁磁 導導 率率 各向同性磁介質各向同性磁介質HHBr0 磁介質中的安培環(huán)路定理磁介質中的安培環(huán)路定理 IlHldr111順磁質順磁質（非常數(shù)）（非常數(shù)）抗磁質抗磁質鐵磁質鐵磁質1 磁化曲線磁化曲線裝置裝置：環(huán)形螺繞環(huán)環(huán)形螺繞環(huán); 鐵磁質鐵磁質Fe,Co,Ni及及稀釷族元素的化合物，能被強烈地磁化稀釷族元素的化合物，能被強烈地磁化RNIH 2 實驗測量實驗測量B,如用感應電動勢如用感應電動勢測量測量或用小線圈在縫口處測量；或用小線圈在縫口處測量；Hr HBor 由由 得出得出 曲線曲線鐵磁質的鐵磁質的 不一定是個常數(shù)，不一定是個常數(shù)，它是它是 的函數(shù)的函數(shù)Hr 原理原理: 勵磁電流勵磁電流 I; 用安培定理得用安培定理得HRIIHr HBHr,B 五五 鐵磁性鐵磁性初始磁初始磁化曲線化曲線a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB .SH