第三章 静磁场 - Zhejiang Institute of Modern Physics

静磁场标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述静磁场是指磁场在时间上不变化或变化很慢的状态下的磁场。

与动态磁场相比，静磁场具有稳定性和持久性的特点。

在科学研究和工程应用中，静磁场的准确测量和标定是非常重要的。

本文旨在探讨静磁场标准的重要性以及与之相关的定义、特性和测量方法。

通过对静磁场标准的研究，可以提高测量和应用领域对静磁场的准确度和可重复性。

在接下来的章节中，我们将先介绍静磁场的定义和特性。

通过了解静磁场的本质，我们可以更好地理解其测量的重要性。

然后，我们将详细探讨静磁场的各种测量方法，包括经典方法和现代先进方法。

这些方法的比较和分析将有助于我们选择合适的方法来进行静磁场的测量。

静磁场标准的重要性不仅体现在科学研究中，也涉及到工程应用领域。

在科学研究中，准确测量静磁场可以提供重要的实验数据，对于实验结果的可靠性和可复制性具有关键性的影响。

在工程应用中，如电磁设备、磁共振成像等领域，静磁场标准的建立和使用可以确保设备的稳定性和性能的精确控制。

最后，我们将总结静磁场标准的重要性，并对其未来的发展进行展望。

静磁场标准的不断改进和完善，将为科学研究和工程应用提供更精确和可靠的测量结果，推动相关领域的进一步发展。

在本文中，我们将通过对静磁场标准的深入研究，为读者提供关于静磁场的基本知识和最新进展的综合介绍。

希望通过本文的阅读，读者能够更好地理解和应用静磁场标准，为相关领域的科研和工程应用做出更多的贡献。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：第2部分：正文2.1 静磁场的定义与特性静磁场是指时间上不变的磁场。

它是由静止不动的电荷或电流所产生的磁场，没有时间变化，并且磁场的大小和方向在空间中保持不变。

静磁场具有以下特性：稳定性、定向性、无能量损失、无辐射等。

本节将详细介绍静磁场的定义和特性。

2.2 静磁场的测量方法静磁场的测量方法是指用于测量和评估静磁场的工具、技术和方法。

常用的测量方法包括：磁力计法、霍尔效应法、法拉第电磁感应法等。

浙江省考研物理学复习资料电磁学重要公式整理电磁学是物理学的重要分支，具有广泛的应用领域。

在考研物理学的复习过程中，电磁学的重要公式是必备的基础知识。

本文将对浙江省考研物理学电磁学部分的重要公式进行整理，以帮助考生更好地复习和掌握这一知识点。

一、静电场部分1. 库仑定律：F = k |q1 q2| / r²其中，F表示两个电荷之间的电磁力，k为库仑常数，q1和q2分别代表两个电荷的大小，r为它们之间的距离。

2. 电场强度公式：E = k |Q| / r²E表示电场强度，Q为电荷的大小，r为电荷所在位置与观察点之间的距离。

3. 电势能公式：U = k |q1 q2| / rU表示电势能，q1和q2分别为相互作用的电荷的大小，r为它们之间的距离。

4. 电势公式：V = k |Q| / rV表示电势，Q为电荷的大小，r为电荷所在位置与观察点之间的距离。

5. 能量密度公式：Ue = 1/2 ε₀ E²Ue表示单位体积电场能量，ε₀为真空介电常数，E为电场强度。

二、静磁场部分1. 洛伦兹力公式：F = q (v × B)F表示洛伦兹力，q为电荷的大小，v为电荷所受速度，B为磁场的磁感应强度。

2. 安培环路定理：∮B·dl = μ₀I其中，∮B·dl表示磁场B沿闭合回路的环路积分，μ₀为真空磁导率，I为环路内通过的电流。

3. 毕奥-萨法尔定律：B = k I / rB表示磁感应强度，k为比例常数，I为电流的大小，r为电流所在位置与观察点之间的距离。

4. 磁场强度公式：H = (1/μ₀) BH表示磁场强度，μ₀为真空磁导率，B为磁感应强度。

三、电磁感应部分1. 法拉第电磁感应定律：ε = -dφ / dtε表示感应电势，dφ / dt表示磁通量的变化率。

2. 楞次定律：ε = -dΦ / dtε表示感应电势，dΦ / dt表示磁通量的变化率。

3. 磁场感应强度公式：E = -dφ / dtE表示感应电场强度，dφ / dt表示磁通量的变化率。

2.3 静磁场性质自强●弘毅●求是●拓新在实验发现电与磁现象相互联系之前，人们通常将电和磁视作两个不相互联系的物理现象进行 探索。

然而以康德和谢林为代表的哲学家认为，电、磁、光、热等现象是相互联系的。

受他们 的影响，奥斯特坚信电磁是相互联系的物理现象，有着共同的根源。

1820年4月，他观察到通 电导线扰动磁针的现象，发现了电流的磁效应。

因此，学习了静电场的性质，大家想到了什 么？让我们来学习一下静磁场的性质。

Ampere 在1821－25 年之间，设计并完成了 四个关于电流相互作用 的精巧实验，得到了电 流相互作用力公式，称 为安培定律0 F12  4l1R12l2r1r2线圈１对线圈２的作用力l1 l2I 2 dl2  ( I1dl1  R12 ) R123真空磁导率实验证明：电流体对置于其中 的电流元 I 0 dl 有力的作用，电 流元受到的作用力是电流体中 所有电流与电流元作用的叠加J r I 0 dl0  Idl j  R j  0  J  r     r  r     I 0dl     dr  dF  I 0dl     3 3  R   r  r  4 V  j 4  j  实验证明任一恒定电流元Idl 在其周围空间 激发出对另一恒定电流元（或磁 铁）具有力作用的物质，称为磁 场。

对电流元有作用力是磁场的 基本特性。

I 0 dl 电流元之间的作用力是通过磁场来传递的；  引入磁场强度概念描述空间磁场的大小和方向。

 磁场强度定义包含了介质磁化的影响，从而沿用另一 名词：磁感应强度B磁场对电流元的作用力可用于定义区域V上的磁感应 强度。

其数值为检验电流元受到最大作用力与检验电 流元比的极限B  r   limd F maxI 0d ld l 0其方向垂直电流元与电流元 受力方向所构成的平面，三 者满足右手螺旋法则。

浙江省新高考物理卷压轴题〔“磁场〞题〕解析江苏省特级教师戴儒京2021年开场，浙江省与上海市一起作为教育部新一轮高考改革的试点，全国的教师，都在关注，全国的物理教师，都在关注其物理试题。

在物理试题中，有一类试题特别受关注，那就是关于“带电粒子在电磁场中的圆周运动〞的题目，为什么呢？因为它难，往往成为全国及各省市高考物理试卷的压轴题。

对于浙江新高考物理试卷，就是第23题〔试卷的最后一题〕或22题〔试卷的倒数第2题〕。

本文就把浙江省新高考物理卷压轴题解析下来，以供广阔物理教师特别是高三物理教师参考。

本文包括浙江省新高考以来4年7题，除2021年4月卷22题，其余各卷均为23题。

除2021年外〔2021年10月还未到〕，每年2卷，分别在4月与10月或11月。

所以本文包括4年7题。

1.2021年第23题23．〔10分【加试题】有一种质谱仪由静电分析器与磁分析器组成，其简化原理如下图。

左侧静电分析器中有方向指向圆心O、与O 点等距离各点的场强大小一样的径向电场，右侧的磁分析器中分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行，两者间距近似为零。

离子源发出两种速度均为v0、电荷量均为q、质量分别为m与的正离子束，从M点垂直该点电场方向进入静电分析器。

在静电分析器中，质量为m的离子沿半径为r0的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，从N点水平射出，而质量为的离子恰好从ON 连线的中点P 与水平方向成θ角射出，从静电分析器射出的这两束离子垂直磁场方向射入磁分析器中，最后打在放置于磁分析器左边界的探测板上，其中质量为m 的离子打在O 点正下方的Q 点。

r 0，OQ= r 0，N 、P 两点间的电势差,54cos =θ，不计重力与离子间相互作用。

〔1〕求静电分析器中半径为r 0处的电场强度E 0与磁分析器中的磁感应强度B 的大小；〔2〕求质量为的离子到达探测板上的位置与O 点的距离l 〔用r 0表示〕；〔3〕假设磁感应强度在〔B —△B〕到〔B ＋△B〕之间波动，要在探测板上完全分辨出质量为m 与的两束离子，求的最大值【解析】（1） 径向电场力提供向心力0200r mv q E = （2） 动能定理25.021mv ⨯-205.021mv ⨯=NP qU （3） 恰好能分辨的条件：-∆-B B r 120=∆+BB r 1cos 2θ20r 2. 2021年11月第23题23.〔10分〕【加试题】小明受盘旋加速器的启发，设计了如图1所示的“盘旋变速装置〞。

静磁场磁场磁的基本现象安培分子电流假设地磁场磁感应线自南向北磁场&磁感应强度磁场基本性质磁场可以对运动电荷即电流产生作用磁感应强度电流元ILL = dLI 稳恒电流B =ILF运动电荷=F q×v B单位T高斯单位制1G = T104−安培定律Δ∝F kr2IΔl⋅IΔl1122载流回路产生的磁场毕奥-萨瓦尔定律d=B k×r2d I lrrΔ=I l⋅ΔtqΔt=v qv毕奥-萨瓦尔定律的使用方法右手螺旋定制（右手定律）静磁场的基本定理磁感应线与磁通量磁感应线方向：B的方向密度：B的大小闭合曲线永不相交与电流相互套连右手定则匀强磁场的磁感应线应该是一组平行线，方向相同，疏密均匀磁通量=BScosθΦ=⋅B S单位：韦伯磁感应强度大小：磁通密度安培环路定理静磁场中的磁感应强度沿着任意一条闭合环路L，逐段计算B*ΔL，累计相加的和值，等于穿过环路L所有电磁强度的代数和的μ0倍洛伦兹力与安培力安培力是洛伦兹力的一种宏观效应洛伦兹力=F q×v B不做功安培力f=q×v BΔ=FΔ×I l B F = BILsinθ从a到b的任意一条载流曲线可以用流有相同电流的a、b连线代替匀强磁场中载流平面线圈收到的力矩磁矩=m NISn力偶矩=M×m B题型安培力判断方向左手定则有效长度力学综合牛顿三定律能量守恒动量守恒动能定理洛伦兹力 F = qvB判断方向负电荷与运动方向相反洛伦兹力永不做功粒子仅受洛伦兹力运动匀速率圆周运动qvB=m=rv2m rT24π2r=qBmvT=qB2πmt=T360θ找圆心粒子运动方向一定与半径相切物体受多个力作用力的分析缩放圆粒子以不同速度从同一方向射入磁场旋转圆粒子以相同速度不同方向射入磁场平移圆粒子以相同速度相同方向，但不同位置射入磁场复合场组合场磁场和电场磁场匀速率圆周运动入场和出场速度具有对称性F=qvB永远不做功电场类平抛运动F=qEΔW=qΔU磁场和磁场（这还用说？俩洛伦兹力直接叠加就行了）磁场+重力场+电场（多个）1. 明确受力、运动性质，画出运动轨迹2. 确认进入另一个场时的性质。

静磁场知识点总结一、静磁场的产生静磁场是由电流所产生的。

根据安培定律，电流会在其周围产生磁场。

当电流通过一根直导线时，它所激发的磁场呈螺旋状环绕导线，在导线附近产生磁场。

此外，当电流通过一圈导线（螺线管）时，也会产生磁场，这种磁场的方向垂直于导线平面。

更一般地，当电流通过空间中的导线环路时，会产生磁场。

根据比奥-萨伐尔定律，通过空间中的任意闭合导线环路所围成的面积内的磁感应强度的环绕线积分等于通过该闭合环路的电流的总和乘以真空中的磁导率。

因此，电流通过闭合环路所产生的磁场是与该闭合环路所围成的面积的大小和方向有关的。

静磁场也可由磁体所产生。

当通电线圈时，线圈内部会产生均匀的磁场。

这种磁场与电流所激发的磁场有类似的性质，可以用比奥-萨伐尔定律来描述。

二、静磁场的性质静磁场具有一系列的独特性质，这些性质对于理解磁场的行为与应用具有重要意义。

1. 磁感应强度的方向规律静磁场中的磁感应强度的方向可以用安培定则来描述。

根据安培定则，通过导线上的电流方向与其所围成的磁场方向之间存在着一定的规律。

具体来说，当通过一根右手螺旋已知电流方向（即螺旋螺距方向）的导线时，右手握住该导线的右手螺旋部分，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向即为磁场的方向；当通过一圈导线时，大姆指所指的方向即垂直于圈面的方向。

当电流方向为正电流时，磁感应强度的方向与通过导线的垂直向量方向相同；当电流方向为负电流时，磁感应强度的方向与通过导线的垂直向量方向相反。

这种规律为我们理解电磁现象提供了一种便捷的方法，也为我们设计和应用磁场提供了一些指导原则。

2. 磁感应强度的大小规律磁感应强度的大小与电流强度和导体空间位置有关。

通常情况下，当电流强度增加时，磁感应强度也会随之增加；当电流强度减小时，磁感应强度也随之减小。

此外，磁感应强度还与导体所处的空间位置有关。

电流距导线中心线越近，磁感应强度就越大；反之，距离越远，磁感应强度越小。

因此，磁感应强度的大小受电流的影响，并且与导体所处的空间位置相关。