大学物理基础学(习岗)第六章 稳恒磁场.ppt

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1、稳恒磁场稳恒磁场静止的电荷周围存在电场，而运动的电荷周围不但有电场而且还存在磁场～电磁场。稳恒电流(或相对参考系以恒定速度运动的电荷)激发稳恒磁场～不随时间变化的磁场的规律和性质。主要内容②介绍电流激发磁场的规律～毕奥—萨伐尔定律；③反映磁场性质的基本定理～磁场的高斯定理和安培环路定理；④磁场对运动电荷、电流的作用力～洛伦兹力、安培力。①引入描述磁场的基本物理量～磁感应强度；本章研究方法与静电场非常相似，应有意识地对比。稳恒磁场静电荷运动电荷稳恒电流静电场稳恒磁场电场磁场学习方法：类比法常用的数学知

2、识：①矢量叉乘；②微积分(定积分)东汉时期，发明了磁性指南器具～“司南”；十一世纪北宋时，发明了“指南针”。一、基本磁现象①.我国是发现并最早应用磁现象的国家；②永久磁铁及其特性天然磁铁----磁铁矿（Fe3O4）人造磁铁：用Ni、Fe、Co合金制成条形、马蹄形等，再放入通有电流的线圈中磁化成为永久磁铁。能吸引铁、钴、镍等物质--这种性质叫磁性NSNS条形磁铁或磁针两端磁性特别强～磁极具有两极且同性磁极相斥，异性磁极相吸。NSSN特性：NSNS指向性：指向北方的磁极～北极N；指向南方的磁极～南极S。

3、地球本身就是一个巨大的磁体，其N极位于地理南极附近，其S极位于地理北极附近。将磁针悬挂或支撑使其能在水平面内自由转动，磁针自动地转向南北方向。目前还无法获得磁单极～磁极不能单独存在。二、电流的磁效应早期人们认为电现象和磁现象互不相干，直到十九世纪初，才发现二者的联系。1.载流直导线的磁效应从1807年～1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现：载流直导线周围的磁铁会受到力的作用而发生偏转。演示：I如果周围没有其它磁性物质，小磁针仅受地磁场作用指向南北；当导体通有电流时，小磁针发生偏转，达到一新的平衡位

4、置。说明：电流对磁铁有作用力，电流也能激发磁场。INSNSISNSN演示：II2.1820年9月法国物理学家安培发现磁场对电流有作用力；后来，又发现载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。以上实验说明：②载流线圈的N、S极可用右手螺旋法则定出。电现象和磁现象之间是紧密联系的，电流和磁铁均能在周围激发磁场，磁场对电流和磁铁均施加作用力。问题：NS①电流周围具有磁性。且电流与磁铁、电流与电流之间通过磁场相互作用。电流和磁铁在磁现象中作用相似，谁为根本？三、磁性的起源～物质磁性的电本质。安培假说：（182

5、2年）①一切磁现象都是电流产生的（或运动电荷）②磁铁的磁性是分子电流产生的。这一假说又称分子环流假说。物质由分子组成，分子电子(-):绕核旋转，自旋原子核(+):质子、中子电子的运动形成电流，激发磁场。一个分子所有运动着的电子激发的磁场，从总的效果看，相当于一个环形电流所激发的磁场，此环形电流～分子电流。分子电流产生的磁场在轴线上；其方向用右手定则判定。-+NS磁中性NSNS磁铁具有磁性和被磁化；NS§6-1-2磁场、磁感应强度一、磁场SN磁铁SN磁铁电流电流磁场磁场磁场--磁铁或电流周围存在的一种

6、能显示磁力的物质磁场最基本的性质——物质性：①磁场对磁铁、电流、运动电荷均有磁作用力；②载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对其作功。下面借助于磁场中的小磁针来描述磁场方向：当通有电流I长直导线，各处小磁针指向各异。说明：小磁针所受磁力不同；但其某一点，其指向总是确定的。NSNS规定：小磁针受磁力作用后，静止时，其N极所指方向即为该点磁场的方向。磁场——是客观物质的一种存在形式试验电荷q0检验电场各点的强弱和方向如何检验磁场各点的强弱和方向??——>磁感应强度B元线圈稳定平衡位置：元线圈受磁力矩最大

7、元线圈：设有一微小载流平面线圈，假定该线圈线度很小，因而在线圈范围内，磁场的性质可视为处处相同；同时还假定这个微小载流线圈(以下称试验线圈)不影响磁场的原有性质。线圈的磁偶极矩：设试验线圈的面积为S，线圈中的电流为I，则线圈的磁矩为Pm=ISn，其中n表示线圈法线单位矢量（与电流满足右手螺旋定则）。如果把试验线圈悬在磁场B某点处，则该试验线圈受到磁力矩；平衡时，试验线圈所受的磁力矩为零，Pm与B同向，这时试验线圈法线所指的方向即为线圈所在处磁场的方向。从平衡位置转过90°时，试验线圈所受磁力矩为最大

8、，用Mmax表示，该处的磁感应强度B的大小为：B=Mmax/Pm综上所述，磁场中某点处的磁感应强度的方向与该点处试验线圈在稳定平衡位置时法线的方向相同，磁感应强度的大小等于具有单位磁矩的元线圈所受到的最大磁力矩。B的单位：在国际单位制中，T，（特斯拉）其它单位：高斯(Gauss)§6-1-3毕奥－萨伐尔定律在计算静电场时，先确定点电荷的场强公式；对任意形状的带电体视为点电荷的集合，用点电荷场强公式＋场强叠加原理，求电场分布。同理，任意形状的载流导线视为无数小段电流