大学物理第五版上册课件：第07章磁场安培环路定律

磁场3L力&磁通量•直流导线外磁场分布？•高斯定律|安培环路定律•磁通量？思考：与电通量差异•电荷在磁场中运动如何体现？作业：15,18,19,21II磁场&及其计算无限长载流长直导线的磁场IBrIBπ20IBX电流与磁感强度成右手螺旋关系一安培环路定理磁场3L力&磁通量lRIlBldπ2d0IlBl0dRIBπ20RoBldlI设闭合回路为圆形回路,与成右螺旋Ill磁场3L力&磁通量oIRBldlrBlIdldIIlBl0π200dπ2ddπ2dπ2d00IrrIlB若回路绕向为逆时针对任意形状的回路IlBl0d磁场3L力&磁通量dπ2dd02211IlBlB0dd2211lBlB0dlBl电流在回路之外202101π2π2rIBrIB，Ild1dl1r2r2dl1B2B磁场3L力&磁通量多电流情况321BBBB推广：)(d320IIlBl安培环路定理niiIlB10d1I2I3Il磁场3L力&磁通量安培环路定理niiIlB10d在真空的恒定磁场中，磁感强度沿任一闭合路径的积分的值，等于乘以该闭合路径所穿过的各电流的代数和.B0电流正负的规定：与成右螺旋时，为正；反之为负.IILI注意磁场3L力&磁通量）（210II（1）是否与回路外电流有关？LB3I2I1IL1I1IdLBl（2）若，是否回路上各处？是否回路内无电流穿过？0BL0dlBLL012()II讨论：磁场3L力&磁通量1.I为环路内的电流代数和。只与环路内的电流有关，2.环流lBd而与环路外电流无关。3.B为环路上一点的磁感应强度，它与环路内外电流都有关。若0lBd并不一定说明环路上各点的B都为0。若0lBd环路内并不一定无电流。4.环路定理只适用于闭合电流或无限电流，磁场3L力&磁通量例1求载流螺绕环内的磁场解（1）对称性分析：环内线为同心圆，环外为零.BB应用安培环路定理的应用举例Rd磁场3L力&磁通量NIRBlBl0π2dLNIB0RNIBπ20RLπ2令（2）选回路当时，螺绕环内可视为均匀场.dR2RdL磁场3L力&磁通量例2：利用安培环路定律计算载流无限长直导线外一点的磁感应强度。IdlBd0lBIrB02rIB20将上式用于有限长直导线则得出错误结果，算出B与无限长直电流磁感应强度相同，矛盾，故安培环路定律对有限电流不适用。Lr解：以电流为轴，做半径为r的环路磁场3L力&磁通量例3：圆柱形载流导体半径为R，通过的电流为I，电流在导体横截面上均匀分布，求圆柱体内、外的磁感应强度的分布。解：1.圆柱体内部rR区域RI磁场3L力&磁通量选取半径为r的环路，22rRIIcosBdldlB由于环路上各点B大小相等，方向0lBd//RIIRr22环路内电流代数和为：LrrBdlB2IRr220rRIB202r磁场3L力&磁通量2.圆柱体外一点在圆柱体外作一环路，rR区域RILrLrcosBdldlBrBdlB2I0rIB20r1磁场3L力&磁通量rBrB1分布曲线RBorRI20磁场3L力&磁通量例4无限大均匀带电(线密度为i)平面的磁场d2blaBlBdl解如图，作安培环路abcda，应用安培环路定理20iBi02Babiabdacb磁场3L力&磁通量Bor20iidacb20iB磁场3L力&磁通量四、选取环路原则利用安培环路定理计算磁场B,要求磁场具有高度的对称性;目的是将:LId0lB写成dlBBdlLcosdlIB0要求环路上各点B大小相等，B的方向与环路方向一致，1cos,//lBdI0磁场3L力&磁通量或0cos,lBd环路要经过所研究的场点。五、解题方法1.场对称性分析；2.选取环路；3.确定环路内电流的代数和；I4.应用环路定理列方程求解。应用环路定理求B要比毕萨定律简单，但只适用于具有高度对称的场。磁场3L力&磁通量例5：密绕载流螺线管通有电流为I，线圈密度为n，求管内一点的B。(用无限长螺线管近似。)...............B解：理想密绕螺线管，管内的磁场是均匀的，管外的磁场为0；由安培环路定律：rabdcLIld0B选择如图所示的环路addccbbaddlBlB)(磁场3L力&磁通量...............0外B其中abdc,0adcbddlBlB,lBd0cosB0dcdlB螺线管外B=0；baddlBlBabBIabn0I0作闭合环路abcda,环路内的电流代数和为：IabnInIB0磁场3L力&磁通量例3：一环形载流螺线管，匝数为N，内径为R1，外径为R2，通有电流I，求管内磁感应强度。解：在管内作环路半径为r，NIIo1Rr2R环路内电流代数和为磁场3L力&磁通量NIrB02rNIB20nrN2nIB0与直螺管的结论类似。为沿轴向线圈密度；LId0lB当r(R2–R1)时o1Rr2R磁场3L力&磁通量二、磁感线III切线方向——的方向；疏密程度——的大小.BB磁场3L力&磁通量SNISNI磁场3L力&磁通量三磁通量磁场的高斯定理BSSNBΔΔ磁场中某点处垂直矢量的单位面积上通过的磁感线数目等于该点的数值.BB磁场3L力&磁通量磁通量：通过某曲面的磁感线数BSBSΦcosSeBSBΦnBsSdBsBsBne匀强磁场中，通过面曲面S的磁通量：一般情况sdSBΦ磁场3L力&磁通量0dd111SBΦ0dd222SBΦ0dcosSBS物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零（故磁场是无源的）.磁场高斯定理0dSBSBS1dS11B2dS22B磁场3L力&磁通量xIBπ20xlxISBΦdπ2dd0例如图载流长直导线的电流为，试求通过矩形面积的磁通量.I解1d2dlIxoB1202ddIlΦlnπ21dπ2d0ddSxxIlSBΦxdx磁场3L力&磁通量四带电粒子在电场和磁场中所受的力电场力EqFe磁场力（洛伦兹力）BqFvmBqEqFv运动电荷在电场和磁场中受的力xyzo+qvBmF磁场3L力&磁通量例、带电粒子在磁场中运动举例RmBq200vvqBmR0vB0vqBmRTπ2π20vmqBTfπ211回旋半径和回旋频率磁场3L力&磁通量2磁聚焦（洛伦兹力不做功）vvv//θsinvv洛伦兹力BqFvm与不垂直Bvθcosvv//qBmRvqBmTπ2)/π2(cosqBmdvTv//螺距磁场3L力&磁通量磁聚焦在均匀磁场中点A发射一束初速度相差不大的带电粒子，它们的与之间的夹角不同，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，相交于屏上同一点，此现象称为磁聚焦.0vB应用电子光学，电子显微镜等.磁场3L力&磁通量3电子的反粒子电子偶显示正电子存在的云室照片及其摹描图铝板正电子电子B1930年狄拉克预言自然界存在正电子磁场3L力&磁通量1质谱仪RmBq2vvvRBqm7072737476锗的质谱...................................................................1p2p+-2s3s1s速度选择器照相底片质谱仪的示意图应用、带电粒子在电场和磁场中运动举例磁场3L力&磁通量2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年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.磁场3L力&磁通量mqBfπ2mqBR0v2k21vmE频率与半径无关到半圆盒边缘时mRBqE22022k回旋加速器原理图NSB2D1DO~N磁场3L力&磁通量我国于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.磁场3L力&磁通量五、霍耳效应磁场3L力&磁通量BqqEdHvBEdHvBbUdHvnqdIBUHnqR1H霍耳系数dBIbHUdIBRUHH霍耳电压+qdv+++++-----eFmFbdqndvSqnIdv磁场3L力&磁通量I++++---P型半导体+-HUBmFdv霍耳效应的应用（2）测量磁场dIBRUHH霍耳电压（1）判断半导体的类型mF+++---N型半导体HU-BI+-dv磁场3L力&磁通量2HnehR),2,1(n量子霍尔效应（1980年）051015200300400100T/BmV/HU2n3n4nIURHH霍耳电阻