《稳恒磁场教学》ppt课件

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1、第四章稳恒磁场1.磁的基本现象和基本规律2.载流回路的磁场3.磁场的高斯定理与安培环路定理4.磁场对载流导线的作用5.带电粒子在磁场中的运动主要内容§4.1磁的基本现象和基本规律1.磁的基本现象2.磁场3.安培定律4.磁感应强度矢量B一块磁体上磁性特别强的区域，叫做磁极。任何磁体都有两极：南极（S）和北极（N），若将条形磁铁切断，无论切成几段，每一段都具有一个北极和一个南极，其他的磁体也具有这个性质，这表明磁体不存在独立的N极或S极，但是有独立存在的正电荷或负电荷，这是磁极与电荷的基本区别。4.1.1磁的

2、基本现象人类对磁现象的认识是很早的，最早发现的磁现象是天然磁石吸铁的现象。指南针是我国古代的伟大发明之一，对世界文明的发展有重大影响。1.磁铁和磁铁间的相互作用将一根磁铁悬挂起来使它能够自由转动，并用另一根磁铁去接近它，可以发现，同号的磁极相互排斥，异号的磁极相互吸引。2.电流对磁铁的作用力（奥斯特实验）导线沿南北方向放置，下面有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地磁场的作用下沿南北取向.当导线中通有电流时,磁针就会发生偏转。上述实验表明，电流可以对磁铁施加作用力。大量实验证明磁

3、铁和磁铁，磁铁和电流，以及电流和电流之间存在相互作用。4.电流对电流的作用力把两根细直导线平行的悬挂起来，当电流通过导线时，便可发现它们之间有相互作用。当电流方向相同时，它们相互吸引，当电流方向相反时，它们相互排斥。3.磁铁对电流的作用力把一段水平直导线悬挂在马蹄形磁铁两极间，通电后，导线就会移动。这表明磁铁可以对载流导线施加作用力。4.1.2磁场如第一章所述，静止电荷之间的作用力是通过电场来实现的，而电场的基本性质是对于任何置于其中的电荷施加力的作用。这就是说电的作用是近距的。磁极和电流之间的相互作用也

4、是这样，不过它是通过另外一种场—磁场来传递。磁极或电流在自己周围空间产生一个磁场，而磁场的基本性质之一是它对任何置于其中的其它磁极或电流施加作用力。因此用磁场的观点我们就可以把磁铁和磁铁，磁铁和电流，以及电流和电流之间的相互作用的各个实验统一起来了。4.1.3安培定律正象点电荷之间相互作用的规律—库仑定律是静电场的基本规律一样，电流之间的相互作用是稳恒磁场的基本规律。这个规律是安培通过精心设计的实验得到的，称之为安培定律。我们把相互作用着的两个载流回路分割为许多无穷小的线元，叫电流元，只要知道了任意一对电

5、流元之间相互作用的基本规律，整个闭合回路受的力便可通过矢量迭加计算出来。但在实验中无法实现一个孤立的稳恒电流元，从而无法直接用实验来确定它们的相互作用。从而只能间接的从闭合载流回路的实验中推得。这里我们只给出结论：此式为安培定律的完整的表达形式。将式中的下标1和2对调，即可得电流元2对电流元1的作用力的表达式。式中F为点电荷q1给q2的力，将q2看成是试探电荷，则上式可写为这就是电场强度的定义。4.1.4磁感应强度矢量B为了定量的描述电场的分布时我们曾引入电场强度矢量E的概念。同样，为了定量的描述磁场的分

6、布，我们也需引入一个矢量。在引入电场强度矢量时我们从库仑定律出发。然而在磁场强度里相当于静电库仑定律的是安培定律。安培定律的表达形式为现在把电流元看成是试探电流元。则整个回路对试探电流元的作用应是上式对的积分：将上式拆成两部分得式中的B叫磁感应强度矢量。上式为B的定义式。若只讨论矢量的数值，则上式变为此式说明当我们把试探电流元放在磁场中某处时，它受到的力与试探电流元的取向有关。在某个特殊方向上以及与之相反的方向上，受力为0，将试探电流元旋转，受的力达到最大。此时矢量B的方向沿试探电流元不受力的取向。按照此

7、定义，B的单位为牛顿/安培·米。这个单位有个专有名称叫特斯拉，用T表示。1特斯拉=1牛顿/安培·米。我们定义空间这一点的磁感应强度大小为§4.2载流回路的磁场1.毕奥－萨伐尔定律2.载流直导线的磁场3.载流圆线圈轴线上的磁场4.载流螺线管中的磁场上节末已指出，载流导线产生磁场的基本规律是毕奥－萨伐尔定律。写成微分形式有它的积分形式为4.2.1毕奥－萨伐尔定律1.载流直导线的磁场考虑在直导线旁任意一点p的磁感应强度。根据毕奥－萨伐尔定律可以看出，任意电流元产生的磁场方向都一致。因此总磁感应强度大小等于dB的

8、代数和。对于有限的一段导线A1A2来说下面我们利用上两式来计算一些特殊形式的载流回路产生的磁场。将式中的积分变量L换为θ得到若导线无限长，则以上结果表明，在载流无限长直导线周围的磁感应强度与距离的一次方成反比。设圆线圈的中心为O，半径为R，在直径两端电流元产生的元磁场对称，合成后垂直于轴线方向的分量相互抵消，因此只需计算沿轴线方向的磁场分量。对于整个圆周来说也一样，总的磁感应强度沿轴线方向。即利用毕奥－萨伐尔定律，对于轴上的P