大学物理恒定电流的磁场.ppt

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1、第8章真空中恒定电流的磁场本章内容：8.1磁感应强度B8.2毕奥－萨伐尔定律8.3磁通量磁场的高斯定理8.4安培环路定理8.5磁场对电流的作用8.6带电粒子在电场和磁场中的运动8.1磁感应强度B1.磁现象NSNS磁场磁现象(1)磁体磁体磁现象(2)电流磁体I磁现象(3)磁体电流ISIFN磁现象(4)电流电流FI1I2F现象：磁体磁体电流电流本质：运动电荷磁场运动电荷磁场的性质(1)对运动电荷(或电流)有力的作用;(2)磁场有能量2.磁感应强度描述静电场描述恒定磁场引入电流元模型引入试验电荷q0实验结果确定(1)(2)定义：磁感应强度的方

2、向当时定义：磁感应强度的大小(3)一般情况安培力公式是描述磁场中各点的强弱和方向的物理量(2)一般情况，(3)也可通过运动电荷在磁场中受力来确定洛伦兹力公式(1)说明点产生的在大小：点产生的在方向：(真空中的磁导率)垂直组成的平面与8.2毕奥－萨伐尔定律8.2.1.毕奥-萨伐尔定律基本思路：?毕－萨定律：例：(2)对任意一段有限电流，其产生的磁感应强度(3)原则上可求任意电流系统产生磁场的的方向(1)注意——右手法则讨论8.2.2.毕奥-萨伐尔定律应用举例1.载流直导线的磁场IPa解求距离载流直导线为a处一点P的磁感应强度根据几何关系：IP(1

3、)无限长直导线方向：右螺旋法则(2)任意形状直导线PaI12讨论2.载流圆线圈的磁场RX0I求轴线上一点P的磁感应强度PX根据对称性方向满足右手定则讨论(1)载流圆线圈的圆心处(2)一段圆弧在圆心处产生的磁场如果由N匝圆线圈组成(3)（磁矩）IS8.2.3.运动电荷的磁场P电流元内总电荷数一个运动电荷产生的磁场+qS如图的导线，已知电荷线密度为，当绕O点以转动时解1234线段1：O点的磁感应强度例求线段2：同理1234线段3：线段4：同理8.3磁通量磁场的高斯定理8.3.1.磁通量(1)规定：1)方向：磁力线切线方向为磁感应强度的单位面

4、积上穿过的磁力线条数为磁感的方向2)大小：垂直应强度的大小1.磁力线(2)磁力线的特征:1）无头无尾的闭合曲线2）与电流相互套连，服从右手螺旋定则3）磁力线不相交2.磁通量通过面元的磁场线条数——通过该面元的磁通量对于有限曲面磁力线穿入对于闭合曲面规定磁力线穿出8.3.2.磁场的高斯定理磁场线都是闭合曲线磁场的高斯定理电流产生的磁感应线既没有起始点，也没有终止点，即磁场线即没有源头，也没有尾—磁场是无源场（涡旋场）8.4安培环路定理8.4.1.安培环路定理磁场的环流与环路中所包围的电流有关以无限长载流直导线为例对一对线元来说环路不包围电流，则磁

5、场环流为零若环路方向反向，情况如何？若环路中不包围电流的情况？——在环路L中——在环路L外则磁场环流为磁感应强度沿一闭合路径L的线积分,等于路径L包围的电流强度的代数和的倍-----安培环路定理推广到一般情况(1)积分回路方向与电流方向呈右螺旋关系满足右螺旋关系时反之(2)磁场是有旋场——不代表磁场力的功，仅是磁场与电流的关系——电流是磁场涡旋的轴心(4)安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设想的一段载流导线不成立(3)环路上各点的磁场为所有电流的贡献讨论8.4.2安培环路定理应用举例例求无限长圆柱面电流的磁场分布。PL解系统具有轴对称

6、性，圆周上各点的B相同P点的磁感应强度沿圆周的切线方向在系统内以轴为圆心做一圆周例求螺绕环电流的磁场分布解在螺绕环内部做一个环路，可得若螺绕环的截面很小，内部为均匀磁场若在外部再做一个环路，可得螺绕环与无限长螺线管一样，磁场全部集中在管内部例求“无限大平板”电流的磁场解面对称8.5.1.磁场对载流导线的作用力8.5磁场对电流的作用载流导体产生磁场磁场对电流有作用大小：方向：任意形状载流导线在外磁场中受到的安培力若磁场为匀强场在匀强磁场中的闭合电流受力安培力讨论xyOAI××××L此段载流导线受的磁力。在电流上任取电流元例在均匀磁场中放置一任意形

7、状的导线，电流强度为I求解相当于一根载流直导线在匀强磁场中受力，方向沿y向。例求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动趋势解方向向左方向向右整个线圈所受的合力：线圈向左做平动在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈对ab段对cd段已知载流线圈受的合力为零大小相等，方向相反8.5.2.均匀磁场对载流线圈的作用对bc段对da段——形成力偶大小相等，方向相反线圈所受的力矩在匀强磁场中，平面线圈所受的安培力为零，仅受磁力矩的作用结论(1)线圈所受的力矩——运动趋势稳定平衡非稳定平衡力矩最大讨论适用于任意形状的平面载流线圈(3)磁力矩总是力图使线圈的磁矩

8、转到和外磁场一致的方向上。(2)载流矩形小线圈受的磁力矩8.5.3磁力的功1.安培力对运动载流导线的功方向向右在有限过程中，磁力所作的功安培力所做的功