大學(xué)物理課件磁場(chǎng)

第六章

穩(wěn)恒磁場(chǎng)

SteadyMagneticField11821年他研究了奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁作用.

法拉第堅(jiān)信,電與磁的關(guān)系必須被推廣,如果電流能產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)也一定能產(chǎn)生電流,即電磁感應(yīng)現(xiàn)象.1831年年底,他取得了巨大的突破他發(fā)明了一種電磁電流發(fā)生器,這就是最原始的發(fā)電機(jī).這時(shí)的法拉第不僅作出了跨時(shí)代的貢獻(xiàn)而且奠定了未來(lái)電力工業(yè)的基礎(chǔ).抗磁性是法拉第的另一大發(fā)現(xiàn).法拉第

(1791—1867)英國(guó)最偉大自然哲學(xué)家之一

出生在一個(gè)手工工人家庭，家里人沒(méi)有特別的文化，而且頗為貧窮。法拉第的父親是一個(gè)鐵匠。法拉第小時(shí)候受到的學(xué)校教育是很差的。十三歲時(shí)，他就到一家裝訂和出售書籍兼營(yíng)文具生意的鋪?zhàn)永锂?dāng)了學(xué)徒。2一、簡(jiǎn)單介紹：磁場(chǎng)(200年多前就有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn))1

磁鐵的磁場(chǎng)

磁鐵磁場(chǎng)磁鐵

N、S極同時(shí)存在；同名磁極相斥，異名磁極相吸.NSSN§6-1磁場(chǎng)3在低能狀態(tài)下磁極(magneticpole)是成對(duì)出現(xiàn)的NSSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSN磁性、極性具有不可分割性4地球磁極的形成地殼地核地幔NS5地球的磁極每隔50萬(wàn)年會(huì)發(fā)生顛倒地殼地核地幔SN6電流磁場(chǎng)電流3

磁現(xiàn)象的起源運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷2

電流的磁場(chǎng)奧斯特實(shí)驗(yàn)7安培假說(shuō)：（1822年）1）一切磁現(xiàn)象都起源于電流（或運(yùn)動(dòng)電荷）2）一切物質(zhì)的磁性都起源于構(gòu)成物質(zhì)的分子中存在的環(huán)形電流。總之，一切磁現(xiàn)象的根源都是電流（或運(yùn)動(dòng)的電荷），磁場(chǎng)力是電荷之間的另一種作用力。8二、磁感強(qiáng)度的定義magneticinductionintensity引入的思路:與電場(chǎng)強(qiáng)度類似,

即力的大小=場(chǎng)源*場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)力:9磁感強(qiáng)度大小:試探電荷的電量；試探電荷的速度；試探電荷的受力；速度與磁場(chǎng)的夾角。Direction:將在磁場(chǎng)中的方向定義為該點(diǎn)的B的方向.

Units:T特斯拉,(SI)G高斯磁場(chǎng)力:10地球兩極磁場(chǎng):地球赤道磁場(chǎng):永久磁鐵磁場(chǎng):大型電磁鐵磁場(chǎng):超導(dǎo)材料磁場(chǎng):某些原子核附近的磁場(chǎng):11注意：是矢量；磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的位置點(diǎn)函數(shù)。按其意義應(yīng)稱為“磁場(chǎng)強(qiáng)度”。但由于歷史原因，該名稱已用于矢量。12三、畢奧-薩法爾定律及其應(yīng)用Foreword:Weknowthatthemagneticfieldisproducedbycurrent,canwecalculatetheBbycalculatingcurrent?13(電流元在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng))P*真空磁導(dǎo)率

1、畢奧－薩伐爾定律14任意載流導(dǎo)線在點(diǎn)P

處的磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度疊加原理P*15例判斷下列各點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向和大小.1、5點(diǎn)：3、7點(diǎn)：2、4、6、8點(diǎn)：畢奧－薩伐爾定律12345678×××16例

以下特殊形狀的電流元及在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向.（1）垂直黑板向外的直電流元：大小：17（2）垂直黑板向里和向外的圓弧電流元：方向：如圖，對(duì)稱，水平方向抵消，垂直方向加強(qiáng)。18例6-1

載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng).解2、畢奧－薩伐爾定律應(yīng)用舉例PCD*方向均沿x軸的負(fù)方向19PCD*

的方向沿x

軸的負(fù)方向記住噢！20無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線PCD×半無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線記住21無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)IBIBX電流與磁感強(qiáng)度成右螺旋關(guān)系22綜合練習(xí)1：電流由直導(dǎo)線1沿平行bc邊方向經(jīng)過(guò)點(diǎn)流入一電阻均勻分布的正三角形線框,再由b點(diǎn)沿cb

方向流出，經(jīng)長(zhǎng)直導(dǎo)線2返回電源(如圖).已知直導(dǎo)線上的電流為I,三角框的每一邊長(zhǎng)為l，若載流導(dǎo)線1、2和三角框在中心o點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別用B1、B2、B3表示，則o點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小:23[D]24

例6-2圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng).p*解25p*記住噢！26p*I討論（1）若線圈有匝

（2）（3）記住27R

(3)oIIRo

(1)x推廣組合×o

(2)RI×28

Ad(4)*oI(5)*29綜合練習(xí)2.有一邊長(zhǎng)為l電阻均勻分布的正三角形導(dǎo)線框abc，與電源相連的長(zhǎng)直導(dǎo)線1和2彼此平行并分別與導(dǎo)線框在a點(diǎn)和b點(diǎn)相接，導(dǎo)線1和線框的ac邊的延長(zhǎng)線重合。導(dǎo)線1和2的電流為I，如圖所示。令長(zhǎng)直導(dǎo)線1、2和導(dǎo)線框在線框中心點(diǎn)o產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2和B3，則點(diǎn)o的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。?0[D]31綜合練習(xí)4：邊長(zhǎng)為l的正方形線圈中通有電流,此線圈在A點(diǎn)（見(jiàn)圖）產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為[A]32綜合練習(xí)6.無(wú)限長(zhǎng)的直導(dǎo)線在A點(diǎn)彎成半徑為R的圓環(huán),則當(dāng)通以電流I時(shí),圓心o處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小等于：(D)(E)(C)0;(B)

0I/4R;

(A)0I/2R；[

D]33綜合練習(xí)7.兩半徑為R的相同導(dǎo)體細(xì)圓環(huán),互相垂直放置,且兩接觸點(diǎn)A、B連線為環(huán)的直徑,現(xiàn)有電流I沿AB連線方向由A端流入,再由B端流出,則環(huán)中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為:[A

](A)0(C)(B)(D)(E)34練習(xí)8：有一無(wú)限長(zhǎng)通電流的扁平銅片，寬度為a，厚度不計(jì)，電流I在銅片上均勻分布，在銅片外與銅片共面，離銅片右邊緣為b處的P點(diǎn)（如圖）的磁感應(yīng)B的大小為:35III切線方向——的方向；疏密程度——的大小.1磁感應(yīng)線§6-2磁場(chǎng)中的高斯定理與安培環(huán)路定理一磁場(chǎng)中的高斯定理36SNISNI372磁通量magneticflux：通過(guò)某曲面的磁感應(yīng)線數(shù)units：特斯拉·米2=韋伯Wb3磁場(chǎng)高斯定理

physicalmeaning：通過(guò)任意閉合曲面的磁通量必等于零（故磁場(chǎng)是無(wú)源的）.38

例如圖載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的電流為,試求通過(guò)矩形面積的磁通量.

解39二、安培環(huán)路定理o設(shè)閉合回路為圓形回路（

與成右螺旋）40o若回路繞向?yàn)槟鏁r(shí)針對(duì)任意形狀的回路41電流在回路之外42多電流情況推廣：安培環(huán)路定理43安培環(huán)路定理1、電流

I正負(fù)的規(guī)定：I與L成右螺旋時(shí),I為正；反之為負(fù).注意2、B是指環(huán)路L上各點(diǎn)的B，是環(huán)路內(nèi)外所有電流激發(fā)的總磁場(chǎng)；但是，只有L內(nèi)的電流才對(duì)B沿L的環(huán)流有貢獻(xiàn)3、安培環(huán)路定理僅適用于閉合的恒定電流回路，對(duì)一段電流不適用，對(duì)非穩(wěn)恒磁場(chǎng)也不適用44

問(wèn)（1）是否與回路外電流有關(guān)？（2）若,是否回路上各處

？是否回路內(nèi)無(wú)電流穿過(guò)？4546IL2IL4L3II1I2L147取一閉合積分回路L

，使三根載流導(dǎo)線穿過(guò)它所圍成的面．現(xiàn)改變?nèi)鶎?dǎo)線之間的相互間隔，但不越出積分回路，則[B](A)回路L內(nèi)的I不變，L上各點(diǎn)的B不變．(B)回路L內(nèi)的I

不變，L上各點(diǎn)的B改變.(C)回路L內(nèi)的I

改變，L上各點(diǎn)的B不變.(D)回路L內(nèi)的I

改變，L上各點(diǎn)的B改變.思考題:48什么樣的磁場(chǎng)可以應(yīng)用安培環(huán)路定理計(jì)算?答:磁感應(yīng)線分布已知,且磁感應(yīng)線是直的或圓的(能應(yīng)用的例子只有四類:無(wú)限長(zhǎng)直線;無(wú)限長(zhǎng)圓柱體;無(wú)限大平板;園環(huán)形螺線管)。安培環(huán)路定律說(shuō)明磁場(chǎng)的什么性質(zhì)?答:1、磁感應(yīng)線的閉合性，磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)；2、在磁場(chǎng)中移動(dòng)電流線,磁場(chǎng)力做功可能不為零，磁場(chǎng)不是保守場(chǎng).49應(yīng)用安培環(huán)路定理求解問(wèn)題的思路是:2.根據(jù)已知的磁感應(yīng)線的分布,選擇積分環(huán)路(和磁感應(yīng)線形狀相同,環(huán)路要經(jīng)過(guò)P點(diǎn),且只有長(zhǎng)方形和圓形兩種積分環(huán)路);1.畫出題給出載流線的磁感應(yīng)線分布圖;3.應(yīng)用安培環(huán)路定理求解.50應(yīng)用安培環(huán)路定理求解P三、安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例51例1求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)解（1）對(duì)稱性分析：環(huán)內(nèi)線為同心圓，環(huán)外為零.（2）選回路（3）根據(jù)安培環(huán)路定理求解52令當(dāng)時(shí)，螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場(chǎng).53abdcP·······例題6-4.求無(wú)限長(zhǎng)直螺線管內(nèi)磁場(chǎng)的大小解:1.畫出無(wú)限長(zhǎng)直螺線管的磁感應(yīng)線,里面是直的,外面沒(méi)有;2.選擇積分環(huán)路,是長(zhǎng)方形的,方向如圖，長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為M，且過(guò)P點(diǎn);54dacb例3無(wú)限大均勻帶電(線密度為i)平面的磁場(chǎng)解