大學物理——11-1磁感應強度B

1、第十一章恒定電流的磁場靜止電荷靜止電荷靜電場靜電場運動電荷運動電荷電場、電場、磁場磁場穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場不隨時間變化穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場不隨時間變化穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場第十一章第十一章恒定電流的磁場恒定電流的磁場內(nèi)容：內(nèi)容：描述磁場的基本物理量描述磁場的基本物理量磁感應強度磁感應強度電流磁場的基本方程電流磁場的基本方程Biot-savart定律定律磁場性質(zhì)的基本方程磁場性質(zhì)的基本方程高斯定理高斯定理與與安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理磁場對電流與運動電荷的作用磁場對電流與運動電荷的作用Lorentz力、力、Ampere力力 第11章 恒定電流的磁場中國研制的月球車在做沙漠試驗 11.1 磁感應強度磁感應強度

2、 11.2 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 11.3 磁通量磁通量 磁場的高斯定理磁場的高斯定理 11.4 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 11.5 磁場對電流的作用磁場對電流的作用 11.6 帶電粒子在電場和磁場中帶電粒子在電場和磁場中的運動的運動 11.7 磁介質(zhì)磁介質(zhì)B補充：恒定電流補充：恒定電流 電動勢電動勢一、恒定電流和恒定電場電流電流 ：大量電荷的宏觀定向運動。大量電荷的宏觀定向運動。 導體中存在自由電荷；導體中存在自由電荷；形成電流的兩個基本條件：形成電流的兩個基本條件： 導體中要維持一定的電場。導體中要維持一定的電場。載流子：載流子：導體中宏觀定向運動的帶電粒子導體中宏觀定向運動的帶

3、電粒子。SS電流強度（電流強度（I）：）：單位時間內(nèi)通過導體任一單位時間內(nèi)通過導體任一橫截面的電荷橫截面的電荷 。tqIdd單位：單位：安培安培1sC1A1A10mA101A63導體中通過任一截面的電流不隨時間變化（導體中通過任一截面的電流不隨時間變化（I I = = 恒量）。恒量）。恒定電流（直流電）：恒定電流（直流電）：電流的方向：電流的方向：導體中正電荷的流向?qū)w中正電荷的流向。 維持恒定電流的條件是在導體內(nèi)部建立恒定電場維持恒定電流的條件是在導體內(nèi)部建立恒定電場 恒定電場和靜電場相同，也遵守靜電場恒定電場和靜電場相同，也遵守靜電場的高斯定理和環(huán)路定理。的高斯定理和環(huán)路定理。 結(jié)論：結(jié)論

4、：產(chǎn)生恒定電場的電荷分布必須不隨時間變化。產(chǎn)生恒定電場的電荷分布必須不隨時間變化。 二、電流密度電流密度：電流密度：導體中單位時間內(nèi)通過垂直于電流方向?qū)w中單位時間內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積的電荷為導體中某點處電流密度單位面積的電荷為導體中某點處電流密度 的大小，的大小， 的方向為該點正電荷定向漂移的方向的方向為該點正電荷定向漂移的方向。 jj載流子載流子 濃度濃度n ；載流子電荷載流子電荷 q ； 載流子漂移速度載流子漂移速度 uqnuSqnuSI電流密度矢量：電流密度矢量： qnuj 通過任意橫截面的電流通過任意橫截面的電流 ：jsI 2mA單位：單位：+IS定義：電流密度定義：電流密度

5、nSIjdd大?。捍笮。?SIjjdd jSjSjIddd 對任意小面元對任意小面元 ，Sd對任意對任意曲面曲面S： SSjId P 處正電荷定向移動處正電荷定向移動速度方向上的單位矢量速度方向上的單位矢量 SdSddIjn方向方向: / vdIdS PI vn大塊導體大塊導體三、電源和電動勢三、電源和電動勢 AB+EEAB+kF電源：電源：提供非靜電力的裝置。提供非靜電力的裝置。外電路：外電路：電源外部的電路，正電荷從高電電源外部的電路，正電荷從高電勢向低電勢運動勢向低電勢運動。內(nèi)電路：內(nèi)電路：電源內(nèi)部正、負兩極之間的電路，正電電源內(nèi)部正、負兩極之間的電路，正電荷克服靜電場力做功，從低電勢向

6、高電勢運動荷克服靜電場力做功，從低電勢向高電勢運動。非靜電場：非靜電場：非靜電力與試驗電荷電荷量的比值非靜電力與試驗電荷電荷量的比值qFEkk電動勢：電動勢：將單位正電荷沿閉合回路移動一周的過將單位正電荷沿閉合回路移動一周的過程中，非靜電性電場力所做的功（在電源內(nèi)部從程中，非靜電性電場力所做的功（在電源內(nèi)部從負極到正極）負極到正極）。 llEqWdk單位：單位：V內(nèi)l dElEkldk結(jié)論：結(jié)論：電源電動勢在數(shù)值上等于把單位正電荷從負極電源電動勢在數(shù)值上等于把單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時非靜電性電場力所做的功經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時非靜電性電場力所做的功。 電源電動勢的方向：電源電動勢的方

7、向：電源內(nèi)部電勢升高的方向；電源內(nèi)部電勢升高的方向； 或在電源內(nèi)部從負極指向正極?；蛟陔娫磧?nèi)部從負極指向正極。 l dEqWk11.111.1磁場磁場 磁感應強度磁感應強度一、基本一、基本磁磁現(xiàn)象現(xiàn)象 司南勺司南勺 （1 1）具有磁性，能吸引鐵、）具有磁性，能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。鈷、鎳等物質(zhì)。（2 2）具有磁極，分磁北極）具有磁極，分磁北極N和磁南極和磁南極S。（3 3）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。（4 4）磁極不能單獨存在。）磁極不能單獨存在。永磁體的性質(zhì)：永磁體的性質(zhì)： 在磁極區(qū)域，磁性最強。5 .11磁偏角地球是一個巨大的永磁體

8、。地球是一個巨大的永磁體。 1820年年4月月哥本哈根大學哥本哈根大學電與磁電與磁丹麥物理學家丹麥物理學家奧斯特奧斯特接通電源時，放在邊上的磁針輕輕接通電源時，放在邊上的磁針輕輕抖動了一下，電流反向時磁針的偏抖動了一下，電流反向時磁針的偏轉(zhuǎn)也反向轉(zhuǎn)也反向電流的磁效應電流的磁效應IIrB1820年年7月月21日，以拉丁文日，以拉丁文報導了報導了60次實驗的結(jié)果：次實驗的結(jié)果：電流可以產(chǎn)生磁場。電流可以產(chǎn)生磁場。奧斯特（奧斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麥物理學家，發(fā)現(xiàn)了電流丹麥物理學家，發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，從而導致了對磁針的作用，從而導致了19世紀中

9、葉電磁理論的統(tǒng)一世紀中葉電磁理論的統(tǒng)一和發(fā)展。和發(fā)展。 磁鐵對載流導線、載流導線之間或磁鐵對載流導線、載流導線之間或載流線圈之間也有相互作用。載流線圈之間也有相互作用。 實驗發(fā)現(xiàn)：實驗發(fā)現(xiàn)： 磁現(xiàn)象與電荷的運動有著密切的關(guān)系。運動電磁現(xiàn)象與電荷的運動有著密切的關(guān)系。運動電荷既能產(chǎn)生磁效應，也能受磁力的作用。荷既能產(chǎn)生磁效應，也能受磁力的作用。結(jié)論：結(jié)論： 一切磁現(xiàn)象的根源是電流。磁性物質(zhì)的分子中一切磁現(xiàn)象的根源是電流。磁性物質(zhì)的分子中存在回路電流，稱為存在回路電流，稱為分子電流分子電流。分子電流分子電流相當于基相當于基元磁鐵，物質(zhì)對外顯示出磁性，取決于物質(zhì)中分子元磁鐵，物質(zhì)對外顯示出磁性，取決

10、于物質(zhì)中分子電流對外界的磁效應的總和。電流對外界的磁效應的總和。 1、磁場、磁場1 1）磁力的傳遞者是磁場）磁力的傳遞者是磁場2 2）磁場是由運動電荷所激發(fā)，參考系是觀察者）磁場是由運動電荷所激發(fā)，參考系是觀察者3 3）磁場對外的重要表現(xiàn)）磁場對外的重要表現(xiàn)電流電流( (或磁鐵或磁鐵) )磁場磁場電流電流( (或磁鐵或磁鐵) )靜止電荷激發(fā)靜電場靜止電荷激發(fā)靜電場運動電荷可同時激發(fā)電場和磁場。運動電荷可同時激發(fā)電場和磁場。(1)(1)磁場對進入場中的運動電荷或載流導體有磁力的作用；磁場對進入場中的運動電荷或載流導體有磁力的作用；(2)(2)載流導體在磁場中移動時，磁場的作用力對載流導體作載流導

11、體在磁場中移動時，磁場的作用力對載流導體作 功，表明磁場具有能量。功，表明磁場具有能量。二、磁場二、磁場 磁感應強度磁感應強度 磁場與電場一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)磁場與電場一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。 2、磁感應強度、磁感應強度 恒定磁場：恒定磁場：磁場分布不會隨時間發(fā)生變化，一磁場分布不會隨時間發(fā)生變化，一 般可由恒定電流激發(fā)而在電流周圍空間產(chǎn)生。般可由恒定電流激發(fā)而在電流周圍空間產(chǎn)生。小磁針在場點處時其小磁針在場點處時其N 極的指向。極的指向。描述磁場性質(zhì)的物理量：描述磁場性質(zhì)的物理量：磁感應強度磁感應強度B磁感應強度磁感應強度 的方向：的方向：BB磁感應強度磁感應強度 的定

12、義：的定義：磁感應強度磁感應強度 的大?。旱拇笮。築電流元：回路中無限小的電流。電流元：回路中無限小的電流。電流元在磁場中不受力的狀態(tài)：lIdlId IB0FdlId0 FdlId電流元與該點磁感應強度同方向；電流元與該點磁感應強度同方向；電流元與該點磁感應強度反方向。電流元與該點磁感應強度反方向。磁感應強度磁感應強度 的大小：的大?。築BmaxFdlIdBFd lId IdldFBmax三、安培力三、安培力 電流元電流元 置于磁感應強度為置于磁感應強度為 的外磁場中時，的外磁場中時，電流元所受的力為：電流元所受的力為：BlIdFdlIdB安培定律安培定律:Fd 安培定律安培定律: 一段電流元一段電流元Idl在磁場中所受的力在磁場中所受的力dF，其大小與電，其大小與電流元流元Idl成正比，與電流元所在處的磁感應強度成正比，與電流元所在處的磁感應強度B成