大學(xué)物理電子教案

1、磁約束核聚變研究裝置磁約束核聚變研究裝置 10-1 磁場力和磁感應(yīng)強度磁場力和磁感應(yīng)強度一一. 磁力與磁場磁力與磁場磁體磁體磁體磁體電流電流電流電流安培提出安培提出:一切磁現(xiàn)象起源于電荷運動一切磁現(xiàn)象起源于電荷運動運動電荷運動電荷運動電荷運動電荷磁場磁場磁場的性質(zhì)磁場的性質(zhì)(1) 對運動電荷對運動電荷(或電流或電流)有力的作用有力的作用;(2) 磁場有能量。磁場有能量。二二. 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度在在閉合回路中取電流元閉合回路中取電流元lidlid電流元在磁場中的受力特點電流元在磁場中的受力特點:(1) 電流元在磁場中的方向不同電流元在磁場中的方向不同,受力也不同受力也不同;存在一個方向使存在

2、一個方向使0dflid0df定義定義lifbddmaxb(2) 當(dāng)電流元的取向與當(dāng)電流元的取向與 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度的方向垂的方向垂 直時直時,受到的磁場力最受到的磁場力最 大大;磁感應(yīng)強度的大小磁感應(yīng)強度的大小定義定義該方向為磁感應(yīng)強度的方向該方向為磁感應(yīng)強度的方向blidmaxddff 滿足滿足 maxdflidbmaxdfblif dd（3）磁場力）磁場力的方向與電流元的方向與電流元和磁感應(yīng)強度和磁感應(yīng)強度b安培力公式安培力公式lid右手螺旋關(guān)系右手螺旋關(guān)系磁感應(yīng)強度有各種定義方法，除上述方法外，我們還可以磁感應(yīng)強度有各種定義方法，除上述方法外，我們還可以用運動電荷在磁場中的受力來定義

3、。用運動電荷在磁場中的受力來定義。10-2 磁高斯定理磁高斯定理靜電場：靜電場：磁磁 場：場：?dsb0iseqse/d靜電場是有源場靜電場是有源場一一. 磁場線磁場線 (磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線)1. 規(guī)定規(guī)定(1) 方向：磁力線切線方向為磁感應(yīng)強度方向：磁力線切線方向為磁感應(yīng)強度bb的單位面積上穿過的磁力線條數(shù)為磁感的單位面積上穿過的磁力線條數(shù)為磁感bsnbdd的方向的方向(2) 大?。捍怪贝笮。捍怪睉?yīng)強度應(yīng)強度的大小的大小2. 磁力線的特征磁力線的特征(1) 無頭無尾的閉合曲線無頭無尾的閉合曲線(2) 與電流相互套連，服從右手螺旋定則與電流相互套連，服從右手螺旋定則(3) 磁力線不相交磁力線不相

4、交二二. .磁通量磁通量snbddsbmdd通過面元的磁力線條數(shù)通過面元的磁力線條數(shù) 通過該面元的磁通量通過該面元的磁通量sdbsd對于有限曲面對于有限曲面sbmd磁力線穿入磁力線穿入對于閉合曲面對于閉合曲面smsbd規(guī)定規(guī)定0m磁力線穿出磁力線穿出0m三三. .磁高斯定理磁高斯定理bs磁場線都是閉合曲線磁場線都是閉合曲線 0dsmsb(磁高斯定理磁高斯定理)電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線既沒有起始電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線既沒有起始點，也沒有終止點，即磁場線點，也沒有終止點，即磁場線既既沒有源頭，也沒有尾閭沒有源頭，也沒有尾閭 磁場是無源場（渦旋場）磁場是無源場（渦旋場）例例 證明在證明在 磁力線磁力線 為平行

5、直線的空間中，同一根磁力線為平行直線的空間中，同一根磁力線 上各點的上各點的磁感應(yīng)強度值相等。磁感應(yīng)強度值相等。abs解解smsbd0sbsbbababb 10-3 畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律 一一. .畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律 靜電場靜電場:取取qdedeed磁磁 場：場： 取取lidbdbbd200d4drrlib畢薩定律：畢薩定律： 0r單位矢量單位矢量真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率 270an104大?。捍笮。?0sind4drlib方向：右螺旋法則方向：右螺旋法則 ? ? ?plidrb例如：例如：lidplidlidrbrbrbr0b二二. .畢薩定律的應(yīng)用舉例畢薩定律的應(yīng)用舉

6、例 1. 載流直導(dǎo)線的磁場載流直導(dǎo)線的磁場ialidrb解解20sind4drlib求距離載流直導(dǎo)線為求距離載流直導(dǎo)線為a 處處一點一點p 的磁感應(yīng)強度的磁感應(yīng)強度 b20sind4drlibbp12cscar dcscd2al cotcotaal根據(jù)幾何關(guān)系根據(jù)幾何關(guān)系)cos(cos4210ai21dsin40aibialidrpl(1) 無限長直導(dǎo)線無限長直導(dǎo)線012aib20方向：右螺旋法則方向：右螺旋法則討論討論ib(2) 無限長載流平板無限長載流平板pbdxbd解解bxiidd rib2dd0 xxpbbbdcosdb100dpbibybbi2arctan0dsecd2yx rse

7、c2d0byxi2020secd22bxbyixyoxdyb2arctan1bd1 (1) (2) (3)分析：分析：ybbibp2arctan0(1)by yibyibbp2200ybyb22arctan無限長載流直導(dǎo)線無限長載流直導(dǎo)線 (2)by 22arctanybbibibp2200i021無限大板無限大板031 bbib02磁磁屏蔽屏蔽iipx2. 載載流流圓線圈的磁場圓線圈的磁場rxo求軸線上一點求軸線上一點 p 的磁感應(yīng)強度的磁感應(yīng)強度lidbd20d4drlib)(d4220 xrlibd根據(jù)對稱性根據(jù)對稱性0bcosd4cosd20rlibxbbd2/122)(cosxrrr

8、r2/32220)(2xrirb方向滿足右手定則方向滿足右手定則brpxi2/32220)(2xrirb(1)0 x載流圓線圈的圓心處載流圓線圈的圓心處 rib20(2) 一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場220ribri40i如果由如果由n 匝圓線圈組成匝圓線圈組成rnib20右圖中，求右圖中，求o 點的磁感應(yīng)強度點的磁感應(yīng)強度i123解解01b23402ribri830ro例如例如討論討論i)cos(cos42103ribiro123ri40321bbbbrx (3)2/32220)(2xrirb3202xirb302 xissnnispm定義定義mp302xpbm2 12 磁矩磁矩xorq求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩解解2/ rq rrqd2dtqiddrrrrd2d2pr2/322302/32220)(2d)(2ddxrrrxrirbbbdxrxxr22222220bd例例圓盤圓心處圓盤圓心處 rb20nrrnirpmddd32rmmrrrpp0434dd方向沿方向沿 x 軸正向軸正向 3. 載流螺線管軸線上的磁場載流螺線管軸線上的磁場 iplinidd r已知螺線管半徑為已知螺線管半徑為r單位長度上有單位長度上有n 匝匝ldlbd0 xrprlbdr2/322202/32