最新大学物理真空中的磁场解读ppt课件.ppt

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1、大学物理真空中的磁场解读§3.1基本磁现象(ElementaryMagneticPhenomena)⒈磁铁　　磁铁NS⒉电流　　磁铁I⒊电流　　电流II磁现象的本质：运动电荷1运动电荷2磁场1磁场2§3.2毕奥-萨伐尔定律及其应用(Biot-SavartLawandItsApplication)磁场的描述：磁感应强度磁能密度1.磁感应强度(magneticfield)3.磁场叠加原理运动电荷系的磁场：4.的计算载流导线的磁场：Note:毕-萨定律＋磁场叠加原理＝恒定磁场的实验基础基本方法：电流元

2、的磁场＋叠加原理[例3-1]一段直线电流的磁场毕-萨定律各电流元在P点产生的　方向相同(),因此od0rPI[讨论]方向：与I方向成右手螺旋关系①o点在导线上某一点o1rPI2(1、2都取正值)od0rPI②o点在导线的延长线上o21rPI③半无限长直导线orPI④无限长直导线orPI[例3-2]圆电流轴线上的磁场IXPxoR对称分析沿轴线方向:其中[讨论]①在圆心处,有于是(-

3、IoNote:对载流线圈可定义一个物理量——磁矩(magneticmoment)IS电流线圈包围的面积线圈法向单位矢量(与I方向成右手螺旋关系)对于N匝线圈,有磁矩表征载流线圈的磁学特性！e.g.圆电流轴线上的可用表出:当xR时,记xr,则有对比电偶极子轴线上的场强:形式相似!1.磁感应线(magneticfieldlines)§3.3磁场的高斯定理(GausssTheoremfor)旧称:磁力线定义类似于电场线，SeeP.210性质：①闭合②不相交Ie.g.长直电流的磁场：2.

4、磁通量(magneticflux)——从一侧向另一侧穿过场中某一曲面的磁感应线数目.：磁感应强度：曲面：法线方向矢量(有确定指向)定量计算：SI单位：Wb1Wb=1Tm2[例3-3]aa2aIS1S2Xxx+dx在无限长直载流导线的右侧,有两个矩形区域S1和S2,则通过这两个区域的磁通量之比m1m2=.解：设图中矩形区域的高为b则通过x-x+dx面元的磁通量为建立X轴如图于是m1m2=11aa2aIS1S23.磁场的高斯定理——通过任意封闭曲面的磁通量恒为零.①从毕－萨定律和磁场叠加

5、原理导出,但适用于任何磁场.②反映磁感应线是闭合曲线,磁场是涡旋场(无源场).这也意味着自然界中不存在“磁单极”.但理论研究预言有“磁单极”存在,迄今尚未被证实.Notes:§3.4安培环路定理及其应用(AmperesCircuitalTheoremandItsApplication)——在恒定电流的磁场中，磁感应强度沿任意闭合路径的线积分，等于该路径所包围的电流代数和乘以0.1.安培环路定理I内：LI1I2I3I4能穿过以路径L为边界的任意曲面的电流(即与路径L相铰接link).当I内方向与

6、路径方向之间符合右手螺旋规则时,取I内为正,否则为负.e.g.①从毕－萨定律和磁场叠加原理导出的,仅适用于稳恒电流产生的磁场.②积分中的是L上各点的磁感应强度,由所有电流共同产生,但积分值最终仅依赖于L所包围的电流的代数和.③该定理表明,磁场不是保守场.Notes:求的根本方法:电流元的磁场＋叠加原理但若电流分布的对称性很高(圆柱形电流、平面电流、螺线管等),则可利用安培环路定理简便求解.2.利用安培环路定理求[例3-4]无限长圆柱面电流的磁场设柱面上总电流为I,均匀分布.圆柱半径为RIdI1dI2

7、俯视：分析表明，空间任意一点的　方向，沿该点所在圆周(如图)的切向，且圆周上各点的　大小相等．选择半径为r的圆周为闭合路径L(如图),计算线积分(这样的闭合路径称为安培环路):Lr另一方面由安培环路定理，得方向与I方向之间符合右手螺旋规则图形表示：特点：在圆柱面内部,　　;在外部,等于全部电流集中在圆柱轴线上时产生的.oRrB1/rB[思考]无限长圆柱电流的磁场？图形表示：oRrB1/rB[例3-5]载流长直螺线管的磁场(LR)分析表明,当LR时,管内任意一点磁场方向与轴线平行,且与I方

8、向成右手螺旋关系.⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙RL由磁通连续原理可得>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda由安培环路定理均匀场实际上,线圈电流不是严格的圆电流,螺管长度也非无限长,所得结果只是近似成立.Note:[讨论]①无限长均匀带电圆柱面,半径R,电荷面密度(0),绕其轴线以角速度旋转,则其内部?～载流长直螺线管.面电流密度j～nIB=0j=0R方向与旋转方向成右手螺旋关系②将长直螺线管弯成环状,首尾相接,就成为螺绕