当前位置:首页 >> 理化生 >>

物理学2-11-磁场






1、安培定律

答疑:星期一至星期五下午1:30---4:30 ? ? ? ? ? ? ? dF ? Id l ? B F ? dF ? Idl ? B

?

?

? ? ? 线圈所受的力矩 M ? Pm ? B ?I 1 I 2 3、单位长度平

行载流导线间的相互作用力 f ? 2?a 4、安培力的功 dA ? Id Φm
A ? dA ?

2、磁场对载流线圈的作用 ? ? 线圈的磁矩 Pm ? IS n





?

2

1

? IdΦ
1

2

m

? I (Φm 2 ? Φm 1 )

1、理解安培定律; 2、能计算简单几何形状的载流导体在磁场中所受的力; 3、能计算载流平面线圈在磁场中所受的力。
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 1

17-5

带电粒子在电磁场中的运动

? ? ? 磁场对电流的作用力----安培力 dF ? Id l ? B
电流的实质是导体内电荷的宏观定向移动,安培力的微观实质 是磁场对运动电荷的作用。

I ? qn?S
dl内的带电粒子数 dN ? nSdl ? 每个带电粒子受力 ? ? ? ? dF qn?Sdl ? B f ? ? dN nSdl ? ? 考虑 ? 与 dl 同方向

? dF

?
S

?
? ?

?
I

? B

q

?

?
? dl

?

?

? ? ? f ? q? ? B 称为洛仑兹力
刘庆国-磁场-D

2011-10-20

2

17-5

? ? ? ? B) 大小 f ? q?B sin( ? ? ? 方向 q ? 0 时, f 沿 ? ? B 方向 ? ? ? q ? 0 时,f 沿 ? ? B 反方向

? ? ? f ? q? ? B

带电粒子在电磁场中的运动

? ? f
洛仑兹力的特点

? ?
?

?

?

?

?
?
?

?

? ? ? f ? ?? B
2011-10-20

确定的平面

? ?f ? ? f ??

?
?

洛仑兹力不做功,只改变

? 的方向;不改变 ?
刘庆国-磁场-D

的大小
3

17-5

带电粒子在电磁场中的运动

带电粒子:质量 m ,电荷 q ,速度 ? ? ? 电场 E ,磁场 B ,同时存在

?

? ? ? ? ? ? f ? f e ? f m ? qE ? q? ? B ? ? d? 由牛顿第二定律 f ? m ? dt ? d?
m dt

? ? f e ? qE

? ? ? f m ? q? ? B

? ? qE ? q? ? B ?

为一般情况下,带电粒子在电磁场中运动方程
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 4

17-5

带电粒子在电磁场中的运动

讨论几种情况 1、匀强电场中的带电粒子

? E?0

? B?0

? ? f ? qE 为恒力
? ?

带电粒子的运动与重力场中物体的运动相似

q
? f
? ?
直线运动
2011-10-20

q
? f

? ?

q ? f

? E
斜抛运动
5

横抛运动
刘庆国-磁场-D

17-5

带电粒子在电磁场中的运动

2、匀强磁场中的带电粒子 ? ? ?

E?0

B?0

? f ? q? ? B ?

① 匀速直线运动 ? ? ? ? ? ? ? ?? B ? 0 f ? q? ? B ? 0 ②匀速率圆周运动 ? ? ? ? ? ?? B ? ? ? ? ? ? 2 f ? q? ? B f ??

q

? ?

? B

? ? ?

? ? ?

?

? ? ?

m? 2 f ? q?B ? R 2?R 2?m T? ? ? qB
2011-10-20

m? R? qB
与 ? 无关
刘庆国-磁场-D

? f

?

q?

? ?

? B

6

17-5

带电粒子在电磁场中的运动

③螺旋线运动

? ?0
?0?

? 0 // ? ? 0 cos?
? 0 //

? 不受 B 影响,匀速运动

2 ? ? 0 sin?

??

?

?0?
?

?0
? 0 //
? B

?

? 0 ? 大小不变,方向改变,匀速圆周运动
2 2 2 ? ? ? ? ? 运动的合成 0 // 0 ? 不变,轨迹是一条螺旋线 ? ? ? m? ? m? 0 sin? ?

半径 周期

R?

qB
2?R

?

qB

T ?

??

2?m ? qB

? //

? B

螺距

2011-10-20

2?m? 0 cos? h ? ? //T ? qB

h
7

刘庆国-磁场-D

17-5

带电粒子在电磁场中的运动 带电粒子在磁场中的螺旋线运动

演示17-1

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

8

17-6

霍耳效应

实验现象:横截面为长方形导体,长宽如图,电流 I

实验结论:

b
a

写成等式:

-

-

-

-

-

UH

称霍耳系数

?

?

?

?

?

?

与导体的材料种类有关

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

? B

UH
-

? 水平方向磁场 B ,上下两表面出现电势差

IB U H ? RH b IB ? b UH

I
?

RH

?

9

17-6

霍耳效应

理论解释-----在磁场中的运动电荷受到洛仑兹力的作用

? ? ? 设:导体内运动的电荷为正电荷 f m ? q? ? B
? fm?

上面出现正电荷;下面出现负电荷。 ? 产生电场 E H ? 电场力 f e ? qE H
当 f m ? f e 时,电荷增加

? ?

? ?

? EH ?
?

a
?

E H ?, f e ?


?

fe ?

I

f m ? f e 时止 q?B ? qEH E H ? ?B
2011-10-20

U H ? a ? E H ? a?B
刘庆国-磁场-D 10

17-6

霍耳效应

I ? qn?S ? qn?ab
比较实验定律

I a? ? nqb

IB UH ? nqb

1 RH ? ? 常数 nq
当 q?0 时

测量材料的 R H ----可知:①载流子的正负;②载流子的密度

? ? ? f m 与 ? ? B 方向相反 1 RH ? ?0 nq
2011-10-20

IB U H ? RH b

是与材料有关的常数

?

-

?

-

?

? ?
? ?
刘庆国-磁场-D

fm
? ?

-

?

-

? ?

? ?
11

I

17-6

霍耳效应 霍耳效应之一(正载流子)

演示17-2

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

12

17-6

霍耳效应 霍耳效应之二(负载流子)

演示17-3

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

13

例题-1

半径 R,电荷体密度为ρ的均匀带电球体,球内挖去一 ? ? 个以 o 为球心, 为半径的球体,如图: R a ? R? ? R oo ? ? a

求:(1) o ? 处的电场强度 E o? 解:空间任意点的电场等效为

R

R?

o
??

o?

?
? E

? ?
? E1
2

?

?
补偿法或挖补法

? E2

由高斯定律

? ? ? E ? E1 ? E 2

4?a E 1o?

4 3 1 ? ?a ? ? ? 3 ?0

E 2011-10-20 2 o? ? 0

?a E 1o? ? 3? 0 ?a E o? 刘庆国 ?E ? E 2 o? ? -磁场 1o? -D 3? 0

14

半径 R,电荷体密度为ρ的均匀带电球体,球内挖去一 ? ? 个以 o 为球心, 为半径的球体,如图: R a ? R? ? R oo ? ? a 求:(2) o ? 处的电势 U o? R R? 选 U ? ? 0 由电势叠加原理 例题-1

U o? ? U 1o? ? U 2o? ? R ? U 1o? ? E1 ? dl ?

o

o?

4 1 3 ( ?R ? ) 2 dr a R 4? ?0 3 r ? ? ? 2 2 2 ? (R ? a ) ? R ? (3 R 2 ? a 2 ) 6? 0 3? 0 6? 0
R
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 15

? ??

a

?r 3? 0

? ? dr ? ?
R

?

? ? E1 ? dl
1

?

?

半径 R,电荷体密度为ρ的均匀带电球体,球内挖去一 ? ? 个以 o 为球心, 为半径的球体,如图: R a ? R? ? R oo ? ? a 求:(2) o ? 处的电势 U o? R R? 例题-1

U 2o? ?

?

R?

o?
R?

? E 2 ? dl ?

?

?

R?

? E 2 ? dl

o

o?

? ? ?r 1 4 1 3 ? dr ? [ ?R? ( ? ? )] 2 dr 0 3? 0 R? 4? ?0 3 r 2 ? ? ? ? R ?? R? 2 ? R? 2 ? ? 6? 0 3? 0 2? 0

?

?

?

U o? ? U 1o? ? U 2 o?
2011-10-20

? ? ( 3 R 2 ? a 2 ? 3 R? 2 ) 6? 0
刘庆国-磁场-D

16

例题-2

均匀带电直线AB,绕O点转动角速度ω

已知:如图线电荷密度λ

OA ? a

AB ? b

BO ? ? (1)求:
解:取一线元dr

?
O

dq ? ?dr
? ?? dI ? dq ? dr 2? 2?
???0 dr dB ? ? 2r 4? r

A dr ?

B

a

b

r

? 0 dI

???0 BO ? d B ? 4?

?

?

a?b

a

dr ???0 a ? b ? ln r 4? a
17

2011-10-20

刘庆国-磁场-D B 的方向垂直纸面向里

例题-2

均匀带电直线AB,绕O点转动角速度ω

已知:如图线电荷密度λ (2) 求:转动线段的磁矩

OA ? a

AB ? b

解: dq ? ?dr

?

? ?? O a dI ? dq ? dr b 2? 2? r ?? 2 2 dP r dr m ? ?r dI ? 2 a?b 1 1 2 Pm ? ? d Pm ? ??r dr ? ?? ((a ? b) 3 ? a 3 ) 6 a 2

A dr ?

B

?

Pm 方向垂直纸面向里
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 18

例题-3 无限长直导线,电流 I1,圆形载流线圈,半径 R, 电流 I2 ,圆心至直导线距离为a ? 求:相互作用力 F 解:定性分析 I1 激发的磁场,方向如图 两电流间的相互作用力为引力 定量计算

.?
I1

I2
R

B

a
y
? dF ? I 2 dl

? I1 I1 激发的磁场大小 B ? 2? r

dF ? I 2 dlBsin

r ? a ? R cos ? ?

I1 ? ? I 2 Rd? 2? a ? R cos?
2011-10-20 刘庆国-磁场-D

2

I1

r

?

x

19

例题-3

?I 1 I 2 dFx ? dF cos? ? 2? ?I 1 I 2 dFy ? dF sin? ? 2?

R cos?d? a ? R cos? R sin?d? a ? R cos?

y

?I 1 I 2 Fx ? ? d Fx ? 2?

?

2?

0

R cos?d? a ? R cos?

I1

r

?

? dF ? I 2 dl

x

a ? R cos? ? a 积分 ? d? 0 a ? R cos? 2? 2? a a ) ? d? ? d? ? 2? (1 ? 0 0 a ? R cos? a2 ? R2 a 2 2 F x ? ?I 1 I 2 ( 1 ? ) Fx ? 0 a ? a ? R 2 2 a ?R

?

2?

?

?

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

20

例题-3

?I 1 I 2 F y ? dFy ? 2?

?

?

令 u ? a ? R cos ?

R sin? d? 0 a ? R cos? du ? ? R sin ?d?
2?

? ?0 ? ? 2?
积分 ? 结 论

u? a? R u? a? R
Fy ? 0

?

a ? R ? du

a? R

a? R ? ? ln ?0 u a? R

I2

非匀强磁场中载流线圈所受合力不 为零;向 x 轴负方向移动;向磁 场强度增加的方向移动;向磁通量 增加的方向移动。
2011-10-20 刘庆国-磁场-D

I1

R

a
21

例题-4

匀强磁场B=1.0T ,方向如图,圆形电流 I =7.0A ,线 圈平面与磁场方向垂直 R ? 5.0 ? 10 2 m

求:导线内的张力 解:设导线内的张力为T 取圆导线的一半

? ? ?
T
I

? ? ?
R

? ? ?

? ? ?

F合 ? 2T

F合 ? 2 BIR

2T ? 2BIR
T ? BIR ? 1.0 ? 7.0 ? 5.0 ? 10?2

? 0.35N

R

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

T

22

9-5
9-5-0 引子

物质的磁性

静电场中的电介质,在外电场 E0 中的产生极化电荷 形成附加电场 E? 总是和E0 方向相反 介质内的电场

E? 总是消弱原电场
电介质极化

? ? ? E ? E0 ? E ?

E?
? ? ? ? ?

E0
? ? ? ? ?

?

有极分子----取向极化 无极分子----位移极化
机制不同,结果相同

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

23

9-5-1 磁介质 所有物质在磁场中都能被磁化,但磁化程度有很大的差异。

? 磁介质因磁化产生的附加磁场 B ? , ? ? B ? 和 B0 方向可能相同,也可能相反

? ? ? 磁介质内部的磁场 B ? B0 ? B? B 相对磁导率 ? r ? B0

? B?

? B0

? 根据 B ? 的不同,磁介质可分为三类:

? ? ?

?r ? 1 抗磁质 B ? B0 ? r ? 1 铁磁质 B ? ? B0 ? r ? ? 1
顺磁质 B ? B0
刘庆国-磁场-D 24

2011-10-20

9-5-2 顺磁质 顺磁质材料----锰、铂、氮、氧 ? 电子绕原子核旋转 → 分子电流 → 分子磁矩 P m

? Pm
分子电流在分子周围产生磁场

? B?

? B0

? P m 取向杂乱无章,对外不显磁性 无外磁场时, ? ? P m 向外场方向转动,形成附加磁场 B ? 有外磁场时,
? ? ? ? ? B ? 和 B0 同方向 B ? B0 ? B?
2011-10-20

B ? B0

B ?r ? ?1 B0
25

刘庆国-磁场-D

9-5-3

抗磁质

抗磁质材料---金、银、铜、锌、硫、铅 ? 无外磁场时,分子磁矩 P m ? 0

? p1

? 每个电子转动形成磁矩 p i ? 0
但各方向取向几率相同

多个电子绕原子核转动

? p3 ? pm
? ?

? p2
? L

? 综合效果 P m ?
角动量 磁矩

?
i

? pi ? 0

? p m ? IS ? e ? ?R 2 2?R 1 e ? e?R ? L
2

L ? m?R

2011-10-20

2m 刘庆国-磁场-D

? e ? pm ? ? L 2m

26

9-5-3

抗磁质

当存在外磁场时,电子转道转轴绕

? L

? ?Pm

? ? B0 进动,产生附加磁矩 ?Pm

? Ω ? L

? pm

? ?Pm

? Ω

? ? ? B ?r ? ?1 附加磁场 B ? 和 B0 相反 B ? B0 ? B? B0 ? ? ? r ? 1 ?? 1 顺磁质和抗磁质都有 B? ?? B0 ? r ? 1
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 27

? pm

? B ? 0?

? B0

9-5-4

铁磁质

铁磁质材料----铁、钴、镍

? ? 特点: ① B? ?? B0 ② ? r ? ? r ( H ) ?? 1
③ 存在剩磁

? B0 ? 0

? B? ? 0

④ 存在居里点TC ,当 T >TC 时,变为顺磁质时 磁畴观点 例:电饭锅 TC ? 104? C

铁磁质内部存在宏观很小,而微观很大的区域,区域内原 子磁矩都平行排列----处于饱和磁化状态;有外磁场存在时, 与外磁场方向相同的磁筹面积不断扩大,与外磁场方向相反 的磁筹面积不断减小。
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 28

9-5-4

铁磁质

演示11-4 磁筹

















? B

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

29

9-5-4

铁磁质

演示11-5 技术磁化

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

30

9-5-4

铁磁质

演示11-6 技术磁化

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

31

9-5-5

磁介质的磁化曲线

B - H 曲线 长直螺线管内的磁场与介质无关 H ? nI 对于不同的磁介质 B ? ?H ? ? r ? 0 H

B ? tg? 1 ? 常数 顺磁质 ? 1 ? H B 抗磁质 ? 2 ? ? tg? 2 ? 常数 H
B 是 H 的单值函数

B
顺磁质
抗磁质

? 2 ? ?0 ? ?1
2011-10-20

O
?2 ? ?1
刘庆国-磁场-D

H

32

9-5-5

磁介质的磁化曲线

B
铁磁质的磁化曲线
2

3

4

0 - 1 增加较慢 1 - 2 急剧增加 2 - 3 增加较慢 3 - 4 饱和
O
1

? max

?

H

? 与 H 有关,不是常数
H
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 33

9-5-6

铁磁质的磁滞回线

H ?0
H ? ?HC
有用的剩磁:

B ? Br 剩磁
B ? 0 去磁
H C 称矫顽力

B
Br

(1)计算机技术中的数据存储 (2)录音带、录像带上的磁信号 有害的剩磁: (1)手表磁化,走时不准 (2)录音机磁头磁化,音质变坏 (3)电视机显像管磁化,图像变色

H
HC

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

34

9-5-6 演示11-7

铁磁质的磁滞回线 各种磁介质的磁滞回线

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

35

9-5-6 演示11-8

铁磁质的磁滞回线 剩磁消磁方法

B

H

H

t
2011-10-20 刘庆国-磁场-D 36





1、洛仑兹力

? ? ? d? ? qE ? q? ? B 2、带电粒子在电磁场中的运动 m dt ? ? ? ? 在匀强电场中的运动 E ? 0 B ? 0 f e ? qE
? ? B?0 在匀强磁场中的运动 E ? 0 ? ? ? 0 // B 匀速直线运动 ? ? 0 ? ? ? ? 0 ? B 匀速率圆周运动 ? ? 2 2?m m?
R? qB

? ? ? f ? q? ? B

?

? ? ? f m ? q? ? B

T?

qB
37

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

螺旋线运动

? ?0

? ?

?
2
2?m T? qB

m?0 sin? 半径 R ? qB

周期

2?m? 0 cos? 螺距 h ? qB
3、霍尔效应

IB 实验现象 U H ? RH b
霍尔系数

IB 理论解释 U H ? nqb

1 RH ? nq

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

38

4、磁介质

? ? ? 磁介质内部的磁场 B ? B0 ? B?
B 相对磁导率 ? r ? B0

?r ? 1 抗磁质 B ? B0 ? r ? 1 铁磁质 B ? ? B0 ? r ? ? 1
顺磁质 B ? B0 5、顺磁质的磁化 ? 分子磁矩 Pm ? 0

B ? B0
2011-10-20

B? ? ? B0

?r ? 1
刘庆国-磁场-D 39

6、抗磁质的磁化

? 分子磁矩 Pm ?

?

? pi ? 0

B ? B0

B? ? ? B0

?r ? 1

7、铁磁质的磁化 磁筹观点
B? ? ? B0

?r ?? 1

?r ? ?r (H )

剩磁与居里点

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

40

8、磁介质的磁化曲线

B

铁磁质 顺磁质

抗磁质

O
9、铁磁质的磁滞回线 剩磁 矫顽力

H

H ? 0 时 B ? Br ? 0
B ? 0 时 H ? ?HC ? 0
刘庆国-磁场-D 41

2011-10-20





1、理解洛仑兹力公式; 2、能分析带电粒子在电磁场中的受力和运动情况; 3、了解磁介质的现象及其微观解释; 4、了解铁磁质的特性。

2011-10-20

刘庆国-磁场-D

42


相关文章:
2013高考精选试题---物理---磁场解析)
2013届高考物理命题潜规... 33页 免费2​0​1​3​高​考​精​...(3 ? 1) 【答案】0.2T 第Ⅱ课时 磁场对电流的作用 ) 1.如图 11-2-10...
物理学教程(第二版)答案11单元
物理学教程(第二版)答案11单元_高等教育_教育专区。第十一章 恒定磁场 11-1...11-2 一个半径为r的半球面如图放在均匀磁场中,通过半球面的磁通量 为( ) 2...
大学物理课后答案11-13
大学物理课后答案11-13_理学_高等教育_教育专区。第十一章 恒定磁场 11-1 两根...11-2 一个半径为r的半球面如图放在均匀磁场中,通过半球面的磁通量 为( ) 2...
物理 创新设计 第十一章-磁场11-4
20页 2财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 物理 创新设计 第十一章-磁场11-4 物理 创新设计 第十一...
高二物理3-2磁场电磁感应模块检测 物理试题
高二物理 3-2 磁场电磁感应模块检测物理试题本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷...题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 号 C 答 C AB D B CD CD...
大学物理学-习题解答 习题11
大学物理学-习题解答大学物理学-习题解答隐藏>> 第十一11-1 磁场强度 H ...r r H ? dl = ∑ I ∫ L 11-2 搬运烧得赤红的钢锭时,可否用电磁铁...
物理学教程第11章 恒定磁场
物理学教程(第二版) 马文蔚... 8页 2财富值 物理学教程(第二版)上册课.....物理学教程第11章 恒定磁场 隐藏>> 一、简单选择题: 1.下列哪位科学家首先...
高二物理选修3-1第三章磁场大题训练
高二物理选修3-1第三章磁场大题训练_理化生_高中...(1)粒子进入磁场时的速率。 (2)求粒子在磁场中...离 子穿 过电 场和 磁场的 E v0 θ 图 11-...
物理 创新设计 第十一章-磁场11-1
30页 2财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 物理 创新设计 第十一章-磁场11-1 物理 创新设计 第十一...
湖南省醴陵市青云学校高中物理 第二章 第四节 磁场对运...
湖南省醴陵市青云学校高中物理 第二章 第四节 磁场对运动电荷的作用第2课时...方向如何? 图 2-4-20 16.(11 分)通常要求磁铁远离电视机, 这是 为什么?...
更多相关标签:
崩坏学园2物理学圣剑 | 崩坏2物理学圣剑 | 游戏开发物理学 第2版 | 17.2电流的磁场 | 17.2电流的磁场ppt | 16.2电流的磁场 | 8.2电流的磁场 | 通过2种偏置磁场 |