第十一章 真空中的恒定磁场1.ppt

11.1 毕奥-萨伐尔定律 11.1 毕奥-萨伐尔定律（续） 11.1 毕奥-沙伐尔定律（续） 11.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 11.2 毕奥-萨伐尔定律的应用（续） 11.3 磁场的高斯定理，安培环路定理 1. 磁场的高斯定理（续） 2. 安培环路定理 2. 安培环路定理(续) 11.4 安培环路定律的应用 2. 载流长直螺线管内的磁场 3. 载流螺绕环内的磁场 11.6 带电粒子在磁场中所受作用及其运动 2. 带电粒子在磁场中的运动（均匀磁场） 2. 带电粒子在磁场中的运动（非均匀磁场） 2. 带电粒子在磁场中的运动（非均匀磁场）(续) 11.7 带电粒子在电场和磁场中运动的应用 1. 磁聚焦 2. 回旋加速器 3. 质谱仪 4. 霍尔(E. C. Hall)效应 11.8 磁场对载流导线的作用 11.8 磁场对载流导线的作用（续） 11.8 磁场对载流导线的作用（续） 11.8 磁场对载流导线的作用（续） 11.8 磁场对载流导线的作用（续） 11.9 平行载流导线间的作用力 电流单位“安培”的定义 11.10 磁力的功 11.10 磁力的功（续） 11.10 磁力的功（续） 二、讨论 1. ? = 0 时，M=0 上下两条边受力大小相等方向相反在一条直线上，不产生力矩。 使线圈转过一微小角度仍能回到平衡态----稳定平衡态。 §7.载流线圈在磁场中受的力矩 / 二、讨论 2. ? = 90? 时： 线圈受力矩最大。 M=pmB =NISB §7.载流线圈在磁场中受的力矩 / 二、讨论 3. ? = 180? 时： 线圈受力矩为0。 虽然上下两条边受力大小相等方向相反在一条直线上，不产生力矩。 但使线圈转过一微小角度后线圈不能回到原始状态---非稳定平衡态。 §7.载流线圈在磁场中受的力矩 / 二、讨论 例1： 在均匀磁场 B 中，一半径为 R、通有电流为 I 的环形载流线圈可绕直径轴 oo’ 自由转动,求：环形载流线圈受到的力矩。 解：在图示位置中，线圈的磁矩垂直向外； §7.载流线圈在磁场中受的力矩 / 举例 ⊙ 线圈受力矩方向向上； ⊙ §7.载流线圈在磁场中受的力矩 / 举例 3. 磁电式电流计 常用的安培和伏特计大多是由磁电式电流计改装的，其结构如下图所示 永久磁铁的磁场径向均匀，线圈 无论转到什么位置，线圈平面法 向总和磁场方向垂直，当线圈通 以电流I 时，受到力矩正比于I： M=NBIS, 线圈转动，卷紧游丝， 产生一反向力矩: ?为线圈转过的角度，达到平 衡时，I正比于?： 由此可测定I。K称为电流计 常量，K越小电流计越灵敏。 以上是磁电式电流计的工作原理。 冲击电流计 上面的电流计中通以一短促脉冲时，在通电的极短时间t0内，线圈将受到一 冲力矩： q就是这脉冲电流通过时的总电量。 由于t0极短，可认为脉冲结束时线圈位置没有显著变动，线圈在上述冲量 矩作用下获得角速度ω0，设线圈转动惯量为J，则 能量守恒： 即由电流计指针的最大偏转角? 可测定电流脉冲通过时的电荷量q 超导电磁力可取代螺旋桨 安装在船底的超导磁体在海水中激发强磁场，再在与这强磁场垂直的方向 通以电流，海水便受到强大的安培力而被推开，同时海水猛烈冲击推进器 背部，从而推动船舶前进。 轨道炮是一种利用电流间相互作用的安培力将弹头发射出去的武器。 两个扁平的互相平行的长直导轨，导轨间由一滑块状的弹头连接，强大的电流从一直导轨流经弹头后，再从另一直导轨流回。电流在两导轨之间产生一近似均匀的垂直于弹头的强磁场。通电的弹头在磁场的安培力作用下被加速。 电磁轨道炮 采用超导材料，可望输送106A的电流，在5m米长的导轨上，可使弹头加速到6km/s的速度。而常规火炮受结构和材料强度的限制，发射弹头的速度一般不超过2km/s。 v与B垂直，F不改变速度大小，带电粒子做匀速圆周运动。 初速v0与B斜交成?，带电粒子做螺旋线运动。 v与B平行，F=0，带电粒子不受磁场影响。 园运动半径： 选B的方向为x轴方向，则 周期： v与B斜交，带电粒子在匀强磁场 中作螺旋线运动 q h ? R 三、带电粒子以任意角度进入磁场 播放动画 带电粒子以 ? 角进入磁场，在垂直 B 的方向上作圆周运动，在平行于 B 的方向上作匀速直线运动。 §10.带电粒子在磁场中的运动/三、带电粒子以任意角进入磁场 由于螺旋线半径R，反比于B, 当 电子向非均匀磁场中磁场较强的 方向运动时，R越来越小。 带电粒子受到的洛伦兹力中，恒 有一指向磁场较弱方向的分力F1， 此分力阻止带电粒子向磁场较强 的方向运动。（见右图） 磁约束 利用上述特性，一适当的非均匀磁场 可迫使带电