大学物理第五版上册课件：第07章磁场安培力

磁场四安培力&磁介质物理学第五版•磁场中运动粒子的受力•什么是安培力？怎么确定？•何谓磁力矩？和力矩的关系•磁介质效应如何？需要理解H、B关系磁场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霍耳电阻磁场四安培力&磁介质物理学第五版点电荷在磁场中的力Lorentz力BeFvm如果电荷多了呢？导体电流此时电流(导体)受力如何求解？问题磁场四安培力&磁介质物理学第五版sindddBlneSFvSneIdvsindlBIsinddlBIFldISB洛伦兹力sinddmBeBeFvvmFdvlIdBlIFdd安培力电量QsindmBQFv磁场四安培力&磁介质物理学第五版有限长载流导线所受的安培力BlIFFllddBlIdFdlIdBFdBlIFdd磁场四安培力&磁介质物理学第五版例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.IBrBABCxyIBor磁场四安培力&磁介质物理学第五版根据对称性分析jFF2y202xFjBABIF1解sindd22y2FFFsindlBIABCxyIBor1F2dF2dF00lIdlId磁场四安培力&磁介质物理学第五版00π2dsinBIrFjABBIjrBIF)cos2(02jABBIF1由于ddrl因021FFF故ABCxyIBor1F2dF2dF00lIdlIdd磁场四安培力&磁介质物理学第五版BlIFddsindsinddxlBIFF解取一段电流元lId例求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知和.BIPxyoIBLcosdcosddylBIFFFdlId磁场四安培力&磁介质物理学第五版结论任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力，与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.jBIlFFyBIlxBIFFl0yydd0dd00xxyBIFFPxyoIBLFdlId磁场四安培力&磁介质物理学第五版例半径为载有电流的导体圆环与电流为的长直导线放在同一平面内（如图），直导线与圆心相距为d，且Rd两者间绝缘，求作用在圆电流上的磁场力.1I2IRxyO1IdR2I磁场四安培力&磁介质物理学第五版cosdπ2d210RdRIIFcosdπ2dd2102RdlIIlBIFddRl解cosπ210RdIBxyO2I1IdRFdlId2.Bd磁场四安培力&磁介质物理学第五版xyO2I1IdRFdlId2.Bdcosdcosπ2cosdd210xRdRIIFF20xxdFF)1(22210RddIIyFdxFd磁场四安培力&磁介质物理学第五版0dπ20yyFFxyO2I1IdRFdyFdxFdlId2.Bdcosdsinπ2sindd210yRdRIIFFiRddIIiFF)1(22210x磁场四安培力&磁介质物理学第五版处于匀强磁场中的环形电路受力情况BMNOPIne如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP第二个问题磁场四安培力&磁介质物理学第五版12lNOlMN21BIlF21FF)(πsin13BIlF43FF041iiFFBMNOPIne3F4F1F2F该线圈平衡吗？磁场四安培力&磁介质物理学第五版sinBISMBmBeISMnBeNISMn线圈有N匝时12lNOlMNsinsin1211lBIllFMneM,NO,PB1F2FBMNOPIne3F4F1F2F磁场四安培力&磁介质物理学第五版IB.FF....................FIBmax,2πMM××××××××××××××××××××××××BIF0,0M稳定平衡不稳定平衡讨论（1）与同向Bne（2）方向相反（3）方向垂直0,πM力矩最大磁场四安培力&磁介质物理学第五版结论:均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为BmMF,02/π,,maxmBMMBm0稳定平衡非稳定平衡0,//MBmne与成右螺旋IneNISm磁矩磁场四安培力&磁介质物理学第五版例4如图半径为0.20m，电流为20A，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中，磁感应强度的大小为0.08T，方向沿x轴正向.问线圈受力情况怎样？线圈所受的磁力矩又为多少？IBRyzQJKPox磁场四安培力&磁介质物理学第五版PKJJQPN0.64)2(FkkRBIF解（方法一）把线圈分为JQP和PKJ两部分IBRyzQJKPOxxd以为轴，所受磁力矩大小OylIdsindddlBxIFxM磁场四安培力&磁介质物理学第五版dsind22IBRMπ2022dsinIBRM2πRIBMIBRyzQJKPOxxdddsinRlRx，磁场四安培力&磁介质物理学第五版IBRyzQJKPOxxdkRIkISm2πiBBjBRIikBRIBmM22ππ（方法二）磁场四安培力&磁介质物理学第五版•磁力矩：仅仅是等效结果•如果磁场非匀强磁场，具体分析BmM磁场四安培力&磁介质物理学第五版磁铁的磁性如何产生？磁场四安培力&磁介质物理学第五版一磁介质磁化强度'0BBB介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度磁介质中的总磁感强度1磁介质0BB铁磁质（铁、钴、镍等）顺磁质0BB0BB抗磁质（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质磁场四安培力&磁介质物理学第五版分子圆电流和磁矩mI无外磁场顺磁质的磁化0B有外磁场sI'0BBB顺磁质内磁场2顺磁质和抗磁质的磁化磁场四安培力&磁介质物理学第五版无外磁场时抗磁质分子磁矩为零0m'0BBB抗磁质内磁场qv0B0B，同向时qv0B，反向时0BF'mF'm'm'm抗磁质的磁化磁场四安培力&磁介质物理学第五版3磁化强度VmM分子磁矩的矢量和体积元1mA单位:意义磁介质中单位体积内分子的合磁矩.磁场四安培力&磁介质物理学第五版nmLLIrnI'π2snmVmM2'πrIm分子磁矩（单位体积分子磁矩数）nMLIs二磁介质中的安培环路定理C'IrrL磁场四安培力&磁介质物理学第五版iBClIlBlB0dd)(s0INI传导电流分布电流MLIsBClMdllMIdsIADLBC)d(d0lllMNIlBINIlMBld)(0磁场四安培力&磁介质物理学第五版HBMBH00HM各向同性磁介质（磁化率）HB)1(0HHBr0磁场强度MBH0磁介质中的安培环路定理IlHld磁场四安培力&磁介质物理学第五版各向同性磁介质HHBr01r相对磁导率r0磁导率r111顺磁质（非常数）抗磁质铁磁质为什么介电常数？1r磁场四安培力&磁介质物理学第五版例1有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流时，试求（1）磁介质中任意点P的磁感应强度的大小；（2）圆柱体外面一点Q的磁感强度.rrRIIrrdIR磁场四安培力&磁介质物理学第五版RdrIlHldIHdπ2dIHBπ2r0解IrrdIRRd0IIlHld0,0π2HHd0HB0Brd，同理可求磁场四安培力&磁介质物理学第五版1磁畴无外磁场B有外磁场三铁磁质磁场四安培力&磁介质物理学第五版2磁化曲线磁滞回线θ4006008001000H/(Am-1)15105B/10-4TB=f(H)顺磁质的B-H曲线0磁场四安培力&磁介质物理学第五版矫顽力cH当外磁场由逐渐减小时，这种B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞.mH由于磁滞，时，磁感强度，叫做剩余磁感强度(剩磁).0H0BrBmBmHPrBcHmH'PmBHBO磁滞回线Q磁铁的由来磁场四安培力&磁介质物理学第五版3铁磁性材料HBO软磁材料HBO硬磁材料不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.HBO矩磁铁氧体材料磁场四安培力&磁介质物理学第五版4磁屏蔽把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射.磁屏蔽示意图