第12部分恒定磁场.pptVIP

磁场：在运动电荷（或电流）的周围存在一种特殊的物质，这就是“磁场”。磁场对位于其中的运动电荷（或电流）有磁场力的作用。 例 求两平行无限长直导线之间的相互作用力？ 解 电流 2 处于电流 1 的磁场中 同时，电流 1 处于电流 2 的磁场中， 电流 2 中单位长度上受的安培力 电流 1 中单位长度上受的安培力 (1) 定义: 真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若 　 相距 1 米，单位长度受力 (2) 电流之间的磁力符合牛顿第三定律： 则电流为1 安培。 (3) 分析两电流元之间的相互作用力 同理 两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三定律 讨论 (4) 分析两根带电长直线沿长度方向运动时，带电线之间的作用力。 两带电线上的电流为 两带电线单位长度上的电荷之间的库仑力 在一般情况下，磁场力远小于电场力 例 求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动趋势 解 1 2 3 4 方向向左 方向向右 整个线圈所受的合力： ? 线圈向左做平动 1 3 2 4 二.磁场对平面载流线圈的作用 （方向相反在同一直线上） （线圈无平动） 对中心的力矩为 1. 在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈 ? （方向相反不在一条直线上） 令 + ? A(B) D(C) 2. 磁场力的功 讨论 (1) 线圈若有N 匝线圈 (2) M 作用下，磁通量增加 稳定平衡 负号表示力矩作正功时? 减小 非稳定平衡 (3) 非均匀磁场中的平面电流环 线圈有平动和转动 一.洛伦兹力公式 ? 实验结果 ? 安培力与洛伦兹力的关系 安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加 §12.6 带电粒子在磁场中的运动 (1) 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故 讨论 对电荷不作功 (2) 在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在 二.带电粒子在均匀磁场中的运动 ? ? 粒子回转周期与频率 情况 ? 一般情况 带电粒子作螺旋运动 ? 磁聚焦原理 粒子 源A ? 很小时 接收 器 A’ 发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚 减少粒子的纵向前进速 度，使粒子运动发生“反射” ? 磁约束原理 在非均匀磁场中，速度方向与磁场不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化 磁场增强，运动半径减少 强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近 —— 横向磁约束 ? 纵向磁约束 在非均匀磁场中，纵向运动受到抑制—— 磁镜效应 磁镜 线圈 线圈 高温等离子体 ? 磁镜效应的典型应用 受控热核聚变实验研究 能约束运动带电粒 子的磁场分布称为磁镜 约束 —— 磁瓶 ? 地球的磁约束效应 —— 天然磁瓶 三.霍尔效应 1879年 霍尔发现在一个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则板面两侧会出现微弱电势差(霍尔效应) 第12章 恒定磁场 磁约束核聚变研究装置 §12.1 磁场　磁感应强度 一. 基本磁现象： 磁体 磁体 电流 电流 安培提出: 一切磁现象起源于电荷运动，“分子电流”假说。 运动电荷 运动电荷 磁场 磁场的性质 ： (1) 对运动电荷(或电流)有力的作用; (2) 磁场有能量 “稳恒磁场”：在稳恒电流周围产生的不随时间变化的磁场。 三. 磁感应强度：用运动电荷在磁场中受力来定义B。 1、方向：当运动电荷在磁场中某一方向运动时，它不受磁场力的作用，这一方向恰是该位置处小磁针N所指的方向。我们规定：小磁针北极N所指的方向就是该点磁感应强度B的方向。 2、大小：实验发现，沿着B垂直方向运动时，运动电荷所受的磁场力最大为Fmax， Fmax与电荷电量q及电荷运动速率v成正比，而Fmax与qv的比值是一个仅与场点位置有关的物理量，这个比值就定义为磁感应强度B的大小： §9.2 毕奥－萨伐尔定律 一.电流元：在任一段载流导线上，如果通有电流 I，在导线回路上取任一无限短的一段dl, 其方向为该点电流的方向，则 定义为电流元。 I 二.毕奥－萨伐尔定律: 静电场: 取 磁 场： 取 毕－萨定律： 单位矢量 真空中的磁导率 大小： 方向：右螺旋法则 ? ? ? P 例如： P 三.毕－萨定律的应用 : 1. 载流直导线的磁场 I a 解 求距离载流直导线为a 处 一点P 的磁感应强度 P 根据几何关系 I a P l (1) 无限长直导线 方向：右螺旋法则 (2) 任意形状直导线 P a I 1 2 讨 论 : I P P x 2. 载流圆线圈的磁场： R x O 求轴线上一点 P 的磁感应强度 根据对称性 方向满足右手定则 P x I (1) 载流圆线圈的圆心处 (2) 一段圆弧在圆心处产生的磁场 I 如果由N 匝圆线圈组成 右图中，求O 点的磁感应强度 I 1 2 3 解 R O 例如 讨