[理化生]第9章磁場課程講解(文件)

　

【正文】 ???? ???? xRxxRB 222 22220 ???x ?O R q P r B?dnISpm ?? ?物理系：史彭 大學物理：磁場 上堂課講授的主要內容 BlIF ??? ?? dd安培力公式 BqF ??? ??? ?洛侖茲力公式 200 d4d rrlIB ??? ????畢－薩定律： 求磁感應強度的方法 lI ?d B?d B?物理系：史彭 大學物理：磁場 載流直導線的磁場 )c o s( c o s4 210 ??? ??? aIB無限長直導線 aIB?? 20?載流圓線圈的磁場 2/32220)(2 xRIRB???載流圓線圈的圓心處 RIB20??一段圓弧在圓心處產生的磁場 ??? 22 0 ?? RIB物理系：史彭 大學物理：磁場 ３ 載流螺線管軸線上的磁場 lInI d39。 磁場的安培環路定理 一 .磁場的安培環路定理 靜電場 : 0d ??? lE ?? 靜電場是保守場 磁 場 : ?d ??? lB ??1. 磁感應強度環流 ? ? lB ?? d在空間選定一個閉合曲線 L，曲線上 l?d方向與 L 方向一致，把該點的 lB ?? d?對整個 L 積分 ? ? lB ?? d 稱為 磁感應強度環流 選定一個繞行方向。 L1I2IP3I4I43 I,I物理系：史彭 大學物理：磁場 ? ? ?? L i lB ?? d 010 ?? ??kiiI? —— 安培環路定律 恒定電流的磁場中，磁感應強度沿一閉合路徑 L 的線積分等于路徑 L 包圍的電流強度的代數和的 0 μ 倍 內IμlBL 0d ?????? ?? ??? L iL lBlB ???? dd則磁場環流為 包圍的電流 物理系：史彭 大學物理：磁場 (1) 積分回路方向與電流方向呈右螺旋關系 滿足右螺旋關系時 0?iI 反之 0?iI(2) 磁場是有旋場 —— 電流是磁場渦旋的軸心 (3) 安培環路定理只適用于閉合的載流導線，對于任意設想的一段載流導線不成立 ? ?L lB ?? d ? ?? ??? L laI dc o sc o s4 210 ???圖中載流直導線 , 設 4/21 ??? θθaaI ??? 22224 0? 20 I?? I0??例 討論 則 L 的環流為 : a?IL 1?2?物理系：史彭 大學物理：磁場 例 求無限長圓柱 面 電流的磁場分布。則極板上的電量為原來的 ______倍；電容為原來的 ______倍。 A、 B相距為 d，A、 C相距 d/2， B、 C兩板都接地 （ 如圖 ） ， A板帶正電荷 Q，不計邊緣效應 。A 。B?P abc d??????????????dacdbcablBlBlBlBlB??????????ddddd?? ?? dcba lBlB ddBab2? abi0??2/0 iB ??推廣： 有厚度的無限大平面電流 2/0 jdB ??jxB 0??? 在外部 ? 在內部 jdx 物理系：史彭 大學物理：磁場 磁場一作業提示 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 .選擇題 : 2 如圖所示：邊長為 a 的正方形四個角上固定有四個電量均為 q 的點電荷 。、 I180。兩段圓弧的長度和半徑分別為 l1 、 R1和 l2 、 R2,且兩段圓弧共心。 求圓環中心 O 點的磁感應強度 I1 I2 L1 產生的（過圓心的直電流） ?1 ?B?L2 產生的（直電流） ?2 ?B?I1 、 I2 大小之比？弧長之比？方向如何？ I1 、 I2 產生的 ?43 ?? BB??R O a b I I L1 L2 物理系：史彭 大學物理：磁場 載流導體產生磁場 磁場對電流有作用 一 .磁場對載流導線的作用 大小： 方向： ?s indd lBIF ?由右手螺旋法則確定 ?? ??? BlIFF ???? dd 磁場對電流的作用 BlIF ??? ?? dd安培力 lI?d ?B?F??1 磁場對電流元的作用力 2 磁場對 載流導線 的作用力 物理系：史彭 大學物理：磁場 (1) 安培定理是矢量表述式 zyx FFFF d,d,dd ??(2) 若磁場為勻強場 ? ? BlIF ??? ?? ? d（ 3）在勻強磁場中的閉合電流受力 ? ? BlIF ??? ?? ? d0?載流直導線在勻強磁場中 BLIF ??? ??力的大小 ?s inI L BF ?當載流直導線在勻強磁場中，且垂直磁場時 )2( ?? ?? I LBF討論 物理系：史彭 大學物理：磁場 x y O A I L B?此段載流導線受的磁力。 帶電粒子在磁場中的運動 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 (1) 洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直，故 討論 對電荷不作功 f?(2) 在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在 me ffF ??? ?? BqEq ??? ??? v tp d/d??二 .帶電粒子在均勻磁場中的運動 ? B???vB? f? qRmBq22s i nvv ??qBmR v?qBmRT ???? 22v mqBf?? 2? 粒子回轉周期與頻率 情況 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 ? 一般情況 B?//v?vh??c o s// vv ??s invv ??帶電粒子作螺旋運動 qBmqBmR ?s i nvv ?? ?qBmTh ?c o s2//vv ???? 磁聚焦原理 B?粒子 源 A vv ?// ?vv ??? 很小時 qBmTh vv ??? 2//接收 器 A’ 發散角不太大的帶電粒子束，經過一個周期后，重新會聚 v?物理系：史彭 大學物理：磁場 （ 1）電子將何方向偏轉？ 例 求 解 （ 2）電子的加速度 （ 1）由 0, ??? qBqF ??? ?磁場方向如圖所示， B=?105 T，電子以 Y 方向入射，其動能為 EK=?104 eV （ 3）電子向 Y 方向運動 20cm 處，向 X 方向轉移多少？ Y ??Z X R O x y B?入射時向 X 方向偏轉 （ 2） mEmE KK221 2 ??? ?? ????? msmBemFa ?（ 3） meBmR ?? ?由 222)( RyxR ??? mmyRRx 22 ????物理系：史彭 大學物理：磁場 霍爾效應 1879年 霍爾發現在一個通有電流的導體板上，若垂直于板面施加一磁場，則板面兩側會出現微弱電勢差 (霍爾效應 ) Bqf m ??? ?? v電場力 : 洛倫茲力 : 實驗結果 dIBKU ab ?受力分析 v?l d I B?a b qmf?E?Eqfe ?? ?(方向向下 ) (方向向上 ) + + + + – – – – 物理系：史彭 大學物理：磁場 0)( ??? BqEq ??? v當達到動態平衡時： dnq vl? nqdIBUab ? nqK1?BE h v?lEU hab ? Blv? (霍耳系數 ) SnqI v?它是研究半導體材料性質的有效方法 （ 濃度隨雜質、溫度等變化 ） 討論 (1) 通過測量霍爾系數可以確定導電體中載流子濃度 物理系：史彭 大學物理：磁場 (2) 區分半導體材料類型 —— 霍爾系數的正負與載流子電荷性質有關 B?+ + + + – – – – abba uu ?ab+ + + + – – – – ba uu ? 0?K0?KI Ivq?N 型半導體 P 型半導體 vq?B?高溫導 電氣體 B?沒有機械轉動部分造成的 能量損耗 —— 可提高效率 特點： (3) 磁流體發電 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 . 磁介質及其分類 1. 磁介質 —— 任何實物都是 磁介質 磁介質放入外場 0B?rBB ??0r?—— 相對磁導率 反映磁介質對原場的影響程度 0B?B??B?磁介質產生“磁化場” B??可同向，可反向 磁介質中的磁場 B?0BB r??（各向同性介質） BBB ??? ??? 0167。 對于各向同性介質，在外磁場不太強的情況下 HμHμμB r ??? ?? 0解題方法：先用安培環路定理求 磁場強度 ，后再 求磁感應強度 非各向同性介質 BH ?? ?物理系：史彭 大學物理：磁場 無限長載流圓柱體，其內外相對磁導率分別為 21, rr ??例 求 解 在圓柱體 內 區域中，選環路 L IrHlHL ????? 2d 22 ?? rIH ?? 2/2磁場強度和磁感應強度 RIr2H?rIHB rr ??? 2202202????2r? 1r?L根據磁介質的安培環路定理 在圓柱體 外 區域中，選環路 L 1H?LrRLSS IIrHlH ??????? 內2d 11 ??根據磁介質的安培環路定理 21 2 RIrH??2101101 2 RIrHB rr ??????? 非 無限長載流圓柱體如何？ 物理系：史彭 大學物理：磁場 磁場二作業提示 物理系：史彭 大學物理：磁場 一 .選擇題 : BnISBpM mm ????? ????判定大圓在圓心出磁感應強度方向和小圓法線方向 2. 有兩個同心圓線圈 ， 大圓半徑為