穩恒磁場改進演示文稿本文檔共40頁；當前第1頁；編輯于星期二\4點29分（優選）穩恒磁場改進本文檔共40頁；當前第2頁；編輯于星期二\4點29分磁聚焦本文檔共40頁；當前第3頁；編輯于星期二\4點29分§1.穩恒磁場一.磁現象與磁場1.磁現象：

磁石、鐵磁性物質之間存在力的作用。2.有磁荷嗎——磁性的起源1820年奧斯特發現：電流產生磁場。二.磁力是如何作用的——磁場的提出電流電流磁場永久磁鐵：分子環流假說本文檔共40頁；當前第4頁；編輯于星期二\4點29分穩恒電流穩恒磁場電流定向運動的電荷磁場三.磁場的描述——磁感應強度矢量B作用：從力的角度描述磁場的強弱。定義：設運動電荷，速度為v,電量為q,與磁場夾角為θ。則電荷受到的最大磁力為：本文檔共40頁；當前第5頁；編輯于星期二\4點29分

當θ不同時，力也不同。F∝sinθ定義：單位：1T=104Gs自然界的一些磁場值中子星108T地球兩極6×10-5T超導電磁鐵5—40T人體磁場10-12T大型電磁鐵1—2T地球赤道3×10-5T本文檔共40頁；當前第6頁；編輯于星期二\4點29分四.電流磁場分布的討論——畢—沙定律

電流：取電流元Idl，討論其產生的dB。回顧：點電荷：帶電體：拉普拉斯在研究了比奧和薩法爾的實驗結果之后，提出了電流元產生磁場的規律。本文檔共40頁；當前第7頁；編輯于星期二\4點29分IPrIdl電流元在P點的磁感應強度θ方向：右手螺旋判斷。μ0=4π×10-7TmA-1——真空中的磁導率。一段導線：矢量積分本文檔共40頁；當前第8頁；編輯于星期二\4點29分θ2θ1例題：求長直導線的B的分布。見圖：aI解：取電流元IdlIdlrθ方向：由于dB方向一致注意θ2的取值。本文檔共40頁；當前第9頁；編輯于星期二\4點29分若：θ1=0

θ2=π則：具有軸對稱性。若：θ1=

π/2,θ2=

=π若：θ1=

0,θ2=

π/2則：則：θ2θ1aIIdlrθ本文檔共40頁；當前第10頁；編輯于星期二\4點29分磁感應線——磁場的幾何描述磁感應線（magneticinductionline)長直導線螺線管本文檔共40頁；當前第11頁；編輯于星期二\4點29分§2穩恒磁場的特性一.磁場的高斯定理穿過面元dS的磁通，也就是穿過dS的磁感應線數目。對封閉面：磁場的高斯定理無源場本文檔共40頁；當前第12頁；編輯于星期二\4點29分例題求中點的B,陰影處的

Φ。I1=20A=I2d=40cmA解：1.視為無限長，則有：B=4.0x10-5T2.先求φ1，取面元

dSr同理Φ=φ1+φ2=2.2x10-6wb102010本文檔共40頁；當前第13頁；編輯于星期二\4點29分二.穩恒磁場安培環路定理1.定理導出：特例——無限長直載流導線見圖：取圓形環路，并規定方向，半徑為r

,思考本文檔共40頁；當前第14頁；編輯于星期二\4點29分Ir則有：若環路反向，則有：推論：安培環路定理本文檔共40頁；當前第15頁；編輯于星期二\4點29分說明：1.此定理對任意穩恒磁場成立。

2.∑I的含義及符號的確定。

3.公式中B為何位置的B4.指出磁場為非保守場，并可求B的分布。2.應用B例1.無限長螺線管，見圖：取環路（黑色），則有：al1234本文檔共40頁；當前第16頁；編輯于星期二\4點29分例2無限長載流圓柱體的B分布。RI解：取環路如圖：r分區間求解，r＜Rr＞R本文檔共40頁；當前第17頁；編輯于星期二\4點29分§2電磁相互作用一.洛倫茲力洛倫茲(HendrikAntoonLorentz,1853-1928)

荷蘭物理學家、數學家，生于阿納姆，畢業于萊頓大學1875年獲博士學位。1878年起任萊頓大學理論物理學教授。因研究磁場對輻射現象的影響取得重要成果，與塞曼共獲1902年諾貝爾物理學獎金。洛倫茲是經典電子論的創立者。1895年，洛倫茲根據物質電結構的假說，成功地解釋了相當多的物理現象，創立了經典電子論。洛倫茲的電磁場理論研究成果，在現代物理中占有重要地位。洛倫茲力是洛倫茲在研究電子在磁場中所受的力的實驗中確立起來的。洛倫茲還預言了正常的塞曼效益，即磁場中的光源所發出的各譜線，受磁場的影響而分裂成多條的現象中的某種特殊現象。

洛倫茲的理論是從經典物理到相對論物理的重要橋梁，他的理論構成了相對論的重要基礎。洛倫茲對統計物理學也有貢獻。本文檔共40頁；當前第18頁；編輯于星期二\4點29分1.表達式：f=q

v×B+qqBvv力的方向：由q和v×B決定。ff力的大小：f=qvBsinθθF⊥v僅改變速度方向，不改變速度大小。本文檔共40頁；當前第19頁；編輯于星期二\4點29分2.帶電粒子在電場與磁場中的運動勻強磁場:v⊥B：勻速圓周運動半徑：qR周期：ff本文檔共40頁；當前第20頁；編輯于星期二\4點29分v與B夾角為θB+vv⊥vh=vcosθT——螺距h本文檔共40頁；當前第21頁；編輯于星期二\4點29分磁聚焦現象。電子顯微鏡粒子源A接收器A’本文檔共40頁；當前第22頁；編輯于星期二\4點29分BFIIvBBFF本文檔共40頁；當前第23頁；編輯于星期二\4點29分質譜儀B質譜儀原理++++++++++++++++++++++++離子源v+++++質譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8++本文檔共40頁；當前第24頁；編輯于星期二\4點29分二.安培力——載流導線在磁場中受力1.實驗事實

當除I

的大小外其它參數不變時,F正比于I。當除B的大小外其它參數不變時,F正比于B。本文檔共40頁；當前第25頁；編輯于星期二\4點29分當除L

的大小外其它參數不變時,F正比于L。當I、L和B的大小不變時,改變IL

和B

夾角θ,F的大小變化如圖所示：本文檔共40頁；當前第26頁；編輯于星期二\4點29分2.安培定律B取電流元如圖：IdldF=Idl×B大小：dF=Idl

Bsinθ一段導線：方向：矢量積分本文檔共40頁；當前第27頁；編輯于星期二\4點29分dabc三.磁力矩(勻強磁場)IBθFabFcdFbcFdaFbcFdaBn邊長為L載流線圈處在勻強磁場中的受力情況：Fbc=IBL=Fda力矩：θ=ISBsinθ=IL2Bsinθ=mBsinθ本文檔共40頁；當前第28頁；編輯于星期二\4點29分m=IS——線圈磁矩，是矢量。矢量式：——對任意線圈成立討論：Bncdθ=0穩定平衡01M外M磁nBcdθ=π非穩定平衡M外2qM磁本文檔共40頁；當前第29頁；編輯于星期二\4點29分§4.霍耳效應+-IIvBF0+霍耳電壓本文檔共40頁；當前第30頁；編輯于星期二\4點29分霍耳電勢差：LdIVH平衡時：qvB=qEqVH=－EL=－vBL

而：I=nevLd所以：v=I/nqLd霍爾系數，取決于導體材料本文檔共40頁；當前第31頁；編輯于星期二\4點29分霍耳效應測磁場利用霍耳效應測恒定磁場BV霍耳元件探頭保護罩本文檔共40頁；當前第32頁；編輯于星期二\4點29分§5.磁介質中的安培環路定理一.磁介質：1.磁介質：在磁場中能產生附加磁場B’的物質，此過程稱被磁化。2.

總磁場

B=B0

+B’3.分類（1）順磁質：磁性很弱，（為B0

的幾萬到幾十萬分之一）在內部加強B0。μr≥1（2）抗磁質：磁性很弱，在內部減弱B0。μr≤1

抗磁質與順磁質統稱為弱磁性物質相對磁導率本文檔共40頁；當前第33頁；編輯于星期二\4點29分

（3）鐵磁質：磁性很強，（為B0的102—104倍）在內部加強B0。

4.磁化機制順磁性和抗磁性的微觀結構

對于物質中的分子，任一個電子都同時參與環繞原子核的軌道運動和電子本身的自旋，這兩種運動都能產生磁效應。把分子看成一個整體，分子中各個電子對外產生的磁效應的總和可用一個等效的圓電流表示，稱為分子電流I分，它形成的磁矩稱這分子的固有磁矩Pm

。下面是電子e自轉同時繞正電荷公轉的示意圖和分子磁矩的示意圖本文檔共40頁；當前第34頁；編輯于星期二\4點29分電子e自轉同時繞正電荷公轉

分子磁矩的示意圖

研究證明，抗磁質分子在沒有外磁場作用時，分子的固有磁矩Pm為零。順磁質分子在沒有外磁場作用時，分子的固有磁矩Pm不為零，但是由于分子的無規則熱運動，宏觀上也不顯磁性。本文檔共40頁；當前第35頁；編輯于星期二\4點29分微觀解釋在順磁質中截取任一體積元，模擬它在沒有外磁場作用時，分子的無規則熱運動：由于分子的無規則熱運動,分子的固有磁矩取向雜亂無章，宏觀上不顯磁性。

接通電源，螺繞環的內的磁介質出現一恒定外磁場。

磁介質分子的固有磁矩Pm在外磁場中受力矩

M=Pm×B的作用而轉向外磁場方向，使各分子的固有磁矩在一定程度上沿外磁場方向排列。磁介質內部任一處相鄰的分子電流都是成對反向相互抵消的，結果就形成沿橫截面邊緣的圓電流I′使磁介質內的磁場加強了。這便是產生順磁效應的機理。本文檔共40頁；當前第36頁；編輯于星期二\4點29分下面是充滿磁介質的螺繞環截面圖:I

激起外磁場的電流

I分分子電流

I′由轉向排列引起的束縛電流本文檔共40頁；當前第37頁；編輯于星期二\4點29分二.磁介質中的安培環路定理考慮磁化電流：考慮介質時，在介質內部：所以：B=μrB0令：磁場強度