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1、第十一章 稳恒磁场,今日教学内容（1时）,了解磁场掌握毕萨定律11.7/9/10/12,司 南,指南针,Magnetic Field:,磁石、铁磁性物质具有磁性，具有南极和北极。,1820年奥斯特发现：电流也具有磁性。,磁极、电流之间有磁力作用。磁性本质是什么呢？,磁性起源,1822年安培提出：,分子电流假说,不显磁性,显磁性,磁性本质：运动电荷是一切磁现象的根源。,磁性本质,运动电荷,运动电荷,磁力,单位 特斯拉,磁感强度方向：当正电荷将 方向定义为该点的 的方向。,磁感强度 大小,运动电荷在磁场中受力,磁场定义,11.1.2 毕奥萨伐尔定律,电流元在空间产生的磁场：,真空磁导率,任意载流导
2、线在点 P 处的磁感强度，磁感强度满足叠加原理：,毕奥萨伐尔定律微观解释,毕萨定律,运动电荷的磁场,+,例1 载流长直导线的磁场。,解,均沿 x 轴的负方向,11.1.4 毕奥萨伐尔定律应用,无限长载流长直导线的磁场,载流长直导线的磁场（续）,电流与磁感强度成右手螺旋关系,齐头半无限长载流长直导线的磁场,解法一 圆电流的磁场,向外,例2：半径 为 的带电薄圆盘的电荷面密度为,并以角速度 绕通过盘心垂直于盘面的轴转动，求圆盘中心的磁感强度。,向内,运动电荷的磁场例题,解法二 运动电荷的磁场,运动电荷的磁场例题（续）,11.2 稳恒磁场的特性,高斯定理和安培环路定理,今日教学内容（1时）,掌握磁场
3、的高斯定理。理解磁场的安培环路定理。,11.2.1 磁 感 线,规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度 B 的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感强度 B 的大小。,电流方向与磁场方向呈右手螺旋法则。,磁通量：垂直通过某一曲面的磁感线数。,单位,磁通量,解3 先求，对变磁场给出，后积分求,求长直载流导线旁边矩形面积磁通量,讨论：移动矩形面积位置和形状，甚至形成封闭曲面？,物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量等于零，磁场是无源场。,磁场高斯定理,11.2.4 磁场高斯定理,11.2.5 安培环路定理,设闭合回路 为圆形回路（与 成右手螺旋）,载流长直导线的磁感强度为,若回路绕向化为逆时针时，
4、则,对任意形状的回路,与 成右螺旋,安培环路定理,电流在回路之外,安培环路定理,多电流情况,以上结果对任意形状的闭合电流（伸向无限远的电流）均成立。,安培环路定理,安培环路定理,安培环路定理,即在真空中的稳恒磁场，磁感应强度 沿任一闭合路径的积分的值，等于 乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和。,安培环路定理,磁场安培环路定理应用步骤:(1)对称性分析(2)取回路(3)环路定理。,11.2.6 安培环路定理应用举例,例4 求长直密绕螺线管内磁场,解 1)对称性分析螺旋管内为均匀场,方向沿轴向,外部磁感强度趋于零，即。,无限长载流螺线管内磁场处处相等,外部磁场为零。,2)选回路。,磁场 的方向与
5、电流 成右螺旋。,例5 求长直密绕螺线管内磁场（续）,例5 无限长载流圆柱体的磁场,解 1）对称性分析,2）选取回路,的方向与 成右螺旋,例5 无限长载流圆柱体的磁场（续）,11.3 电磁相互作用11.4 霍尔效应,今日教学内容（2时）,掌握洛伦兹力和安培力。掌握载流线圈受力矩。了解霍尔效应。,一 带电粒子在电场和磁场中所受的力,电场力,磁场力（洛仑兹力）,运动电荷在电场和磁场中受的力,方向：右手四指 由经小于 的角弯向，大拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向。,洛仑兹力,二 带电粒子在磁场中运动举例,1.回旋半径和回旋频率,2.电子的反粒子：正电子,正电子存在的云室照片及其摹描图。,193
6、0年狄拉克()Dirac)预言自然界存在正电子。1932安德森(Anderson)发现。,3.磁聚焦,（洛仑兹力不做功）,洛仑兹力,与 不垂直,螺距,应用：电子光学、电子显微镜等。,磁聚焦 在均匀磁场中某点 A 发射一束初速相差不大的带电粒子,它们的 与 之间的夹角 不尽相同,但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等,都相交于屏上同一点,此现象称之为磁聚焦。,磁聚焦应用,三 带电粒子在电场和磁场中运动举例,1.电子比荷的测定,2.质谱仪,3.回旋加速器,1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室。,此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理
7、学奖。,频率与半径无关,到半圆盒边缘时,回旋加速器原理,我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素。,我国回旋加速器,磁场对电流元的作用力安培力,电子洛伦兹力,由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力，即安培力。,安培定律,根据对称性分析,解,例 6 如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直.回路由直导线 AB 和半径为 的圆弧导线 BCA 组成，电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合导线的力。,安培定律例题,因,由于,故,安培定律例题1（续）,霍 耳 效 应,11.4 霍耳效应 Hall
8、Effect,一般磁场(小于1T)，常温(约几百K),1879年,霍耳电阻,霍耳效应分析,量子霍尔效应（强磁场(约1-10T)，低温(约几K),1980年）,霍耳电阻,量子霍耳效应,分数量子霍尔效应,超强磁场(10T)，极低温(约0.1K),2）测量磁场,霍耳电压,1）判断半导体的类型,霍耳效应的应用,11.5 磁介质的极化,（1时）,一 磁介质,磁介质magnetic medium,分子圆电流和磁矩,磁介质magnetic medium,无外磁场时抗磁质分子磁矩为零,抗磁质内磁场,抗磁质的磁化,磁介质magnetic medium,二 磁化强度,抗磁质内磁场,顺磁质内磁场,磁化强度,分子磁矩,（单位体积分子磁矩数）,磁介质存在时的环路定理,磁场强度,磁介质存在时的环路定理,相对磁导率,磁 导 率,各向同性磁介质,磁介质中的安培环路定理,磁介质存在时的环路定理,磁场是非保守场,电场是保守场,电场线起于正电荷、止于负电荷，静电场是有源场,磁感线闭合，磁场是无源场,总结静电场与稳恒磁场,
