大學(xué)物理-7第七講磁場(chǎng)、磁感強(qiáng)度、畢-薩定律ppt課件

1、第十九章第十九章穩(wěn)恒磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)1.1.電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I I一、電流與電流密度一、電流與電流密度dtdQtQIt0lim單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電量單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電量. .19-1 19-1 穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流 I I 與與 的關(guān)系的關(guān)系j|dIjdSj dS2.2.電流密度電流密度 單位時(shí)間通過(guò)垂直于電流方向的單位面積的電量。單位時(shí)間通過(guò)垂直于電流方向的單位面積的電量。ndsdIjSsdjInjj/j根據(jù)電荷守恒，單位時(shí)間內(nèi)穿出某閉合曲面的總根據(jù)電荷守恒，單位時(shí)間內(nèi)穿出某閉合曲面的總電量等于曲面內(nèi)電量的減少率：電量等于曲面內(nèi)電量的減少率： 3.3.連續(xù)性方程連續(xù)性方程inout

2、dQIIdt jS即：即：電流密度矢量的通量等于電流密度矢量的通量等于該閉合面內(nèi)電荷的減少率該閉合面內(nèi)電荷的減少率. .Sj dsdQdt4.4.穩(wěn)恒電流條件穩(wěn)恒電流條件( (電荷分布達(dá)到平衡電荷分布達(dá)到平衡) ) 5.5.歐姆定律的微分形式歐姆定律的微分形式 Ej二、電源電動(dòng)勢(shì)及維持穩(wěn)恒電流的條件二、電源電動(dòng)勢(shì)及維持穩(wěn)恒電流的條件1.1.非靜電力非靜電力只有靜電力作用不能使回路形成穩(wěn)恒電流只有靜電力作用不能使回路形成穩(wěn)恒電流. . 例如帶例如帶電平板電容器放電的過(guò)程。電平板電容器放電的過(guò)程。+-ABRK電源電源提供這種非靜電作用的裝置提供這種非靜電作用的裝置. .維持回路穩(wěn)恒電流需要一種非靜

3、電作用。維持回路穩(wěn)恒電流需要一種非靜電作用。0Sj ds2.2.電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)把單位正電荷從電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移動(dòng)到正極把單位正電荷從電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移動(dòng)到正極時(shí)非靜電力所做的功，叫電源的電動(dòng)勢(shì)，即時(shí)非靜電力所做的功，叫電源的電動(dòng)勢(shì)，即 ()kEdl電源內(nèi)規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向：在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向：在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。-+ 1.1.永久磁鐵及其特性永久磁鐵及其特性天然磁鐵天然磁鐵磁鐵礦磁鐵礦Fe3O4Fe3O4）人造磁鐵：人造磁鐵：NSSN特性：特性： 能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì) 這種性質(zhì)叫磁性。這種性質(zhì)叫磁性。NS 具有兩極且同性相斥，異

4、性相吸。具有兩極且同性相斥，異性相吸。19-2 19-2 磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度一、基本磁現(xiàn)象一、基本磁現(xiàn)象 目前還無(wú)法獲得磁單極目前還無(wú)法獲得磁單極NSSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSN磁鐵具有磁性、極性以及極性的不可分割性。磁鐵具有磁性、極性以及極性的不可分割性。2.2.電流的磁效應(yīng)、磁性的起源電流的磁效應(yīng)、磁性的起源 磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。電荷運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生磁磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。電荷運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生磁現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)電荷本身也會(huì)受到磁力的作用?，F(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)電荷本身也會(huì)受到磁力的作用。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電流與磁的關(guān)系電流與磁的關(guān)系FISNSN演示演示1 1演示演示2

5、2IIIINSNS一切磁現(xiàn)象都是電流電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。一切磁現(xiàn)象都是電流電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。組成磁鐵的最小單元磁分子就是一環(huán)形電流，組成磁鐵的最小單元磁分子就是一環(huán)形電流，稱為分子電流。稱為分子電流。-+vNS3.3.安培分子環(huán)流假說(shuō)安培分子環(huán)流假說(shuō)18221822年）年）i4.4.磁現(xiàn)象的本質(zhì)磁現(xiàn)象的本質(zhì)磁現(xiàn)象的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用?；蛘叽努F(xiàn)象的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用?；蛘哒f(shuō)，運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)這種特殊說(shuō)，運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)這種特殊物質(zhì)來(lái)傳遞的。物質(zhì)來(lái)傳遞的。用安培假設(shè)解釋為什么不存在單一磁極用安培假設(shè)解釋為什么不存在單一磁極磁分子的兩磁極對(duì)應(yīng)于分子環(huán)

6、流的正、反兩面，磁分子的兩磁極對(duì)應(yīng)于分子環(huán)流的正、反兩面，因此兩個(gè)磁極不可能分開而獨(dú)立存在。因此兩個(gè)磁極不可能分開而獨(dú)立存在。sN分子環(huán)流定向排列，在宏觀上就顯示出物質(zhì)的磁性。分子環(huán)流定向排列，在宏觀上就顯示出物質(zhì)的磁性。NS磁中性磁中性磁性磁性二、磁感應(yīng)強(qiáng)度二、磁感應(yīng)強(qiáng)度BmaxFqvmaxFBqv 但比值但比值Fmax/qvFmax/qv只與磁場(chǎng)中不同的位置有關(guān)，與電只與磁場(chǎng)中不同的位置有關(guān)，與電荷的電量和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)。荷的電量和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受的最大磁力實(shí)驗(yàn)表明：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受的最大磁力與電荷電量和運(yùn)動(dòng)速率的乘積成正比與電荷電量和運(yùn)動(dòng)速率的乘

7、積成正比該比值反映了磁場(chǎng)本身的性質(zhì)。定義其為磁感應(yīng)強(qiáng)該比值反映了磁場(chǎng)本身的性質(zhì)。定義其為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。憾鹊拇笮。築 B的方向與該點(diǎn)處小磁針的方向與該點(diǎn)處小磁針N N極的指向一致。極的指向一致。 單位：特斯拉單位：特斯拉T）. 1T=104高斯。高斯。三、磁感應(yīng)線磁力線）三、磁感應(yīng)線磁力線）規(guī)定：規(guī)定： 磁力線上各點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的磁感應(yīng)磁力線上各點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。強(qiáng)度方向一致。 垂直通過(guò)單位面積上的磁力線數(shù)目等于該點(diǎn)的磁垂直通過(guò)單位面積上的磁力線數(shù)目等于該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小感應(yīng)強(qiáng)度的大小nmdSdBBn ndS磁力線的性質(zhì)磁力線的性質(zhì)不相交，不中斷，無(wú)頭無(wú)尾的閉合

8、曲線；不相交，不中斷，無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線；與電流方向滿足右手螺旋關(guān)系。與電流方向滿足右手螺旋關(guān)系。說(shuō)明磁場(chǎng)是一種渦旋場(chǎng)無(wú)源場(chǎng)）。說(shuō)明磁場(chǎng)是一種渦旋場(chǎng)無(wú)源場(chǎng)）。NSIII幾種常見(jiàn)的磁力線幾種常見(jiàn)的磁力線任一電流元任一電流元 在某點(diǎn)在某點(diǎn)P P 所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小dB dB 與與 的大小成正比，與的大小成正比，與 和它到和它到P P點(diǎn)的矢徑點(diǎn)的矢徑一、畢奧一、畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律lIdBdPIrrrlIdlIdlId19-3 19-3 畢奧畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律2sinrIdlkdB間夾角的正弦成正比，與間夾角的正弦成正比，與r的平方成反比，其方向?yàn)榈钠椒匠煞幢?/p>

9、，其方向?yàn)榈姆较颍旱姆较颍簂Id3rrlIdkBd4k在國(guó)際單位制中，在國(guó)際單位制中，24rrlIdBd34rrlIdBdB任意形狀電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為任意形狀電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2IdlrdBkr710410 TmA ,0,rr 磁介質(zhì)中，磁介質(zhì)中，稱為相對(duì)磁導(dǎo)率。稱為相對(duì)磁導(dǎo)率。真空中，真空中， 0真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率例例1.1.求載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度求載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度204rrlIdBd解：建立坐標(biāo)系，分割電流。解：建立坐標(biāo)系，分割電流。204rrlIdBLLrIdxB20sin4統(tǒng)一變量：統(tǒng)一變量：cossin1xroYXIl

10、IdBdP2a2LZ二、畢二、畢薩定律的應(yīng)用薩定律的應(yīng)用tanxa2secdxad2022seccos4secLIadBa 1xroYXBdP2aLZIlIdcossin210cos4Ida )sin(sin4120aIkaIB)sin(sin4120cosar2/22/1討論討論: :1.1.對(duì)無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線對(duì)無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線IBxa12YXoPIlId021(sinsin)4IBa02IBa2.2.半無(wú)限長(zhǎng)直線電流端點(diǎn)半無(wú)限長(zhǎng)直線電流端點(diǎn)12120,2 ,02 或或04IBaoIP2aL1aPoLI或或 1， 2 = 0 或或 ；或；或 = 0 或或 0B3.P3.P點(diǎn)在直線電流的延長(zhǎng)線

11、上點(diǎn)在直線電流的延長(zhǎng)線上oIP例：如圖，例：如圖，P P點(diǎn)在電流點(diǎn)在電流“1 1和和“3 3的延長(zhǎng)線上，所以的延長(zhǎng)線上，所以P P點(diǎn)的點(diǎn)的磁場(chǎng)僅由電流磁場(chǎng)僅由電流“2 2產(chǎn)生。產(chǎn)生。0221(sinsin)4PIBBa12P231II021(sinsin)4IBa02sin4IdldBr例例2 2：求載流圓線圈在中心軸線上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)：求載流圓線圈在中心軸線上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)90解：分割電流，解：分割電流，204rrlIdBd204rIdldBsin/dBdB cosdBdBxrIYZXOlIdBd/dBdBp依畢依畢-沙定律沙定律R0022sinsin244LIIdlRrrLLrIdldBB20

12、/4sinp22003223/222()IRIRBrRxxrIYZXOlIdBd/dBdBpR0LBdBIdlR O04oIBR2.2.在一段圓弧的圓心處在一段圓弧的圓心處00,4IBR000222444oLLIdlIIBdlRRRR例：半圓的圓心處例：半圓的圓心處0 x02oIBBR1.1.圓心處圓心處討論討論2022 3/22()IRBiRx0B123OBBBBOI123R分析：分析：:1B直導(dǎo)線的延長(zhǎng)線上的磁場(chǎng)。直導(dǎo)線的延長(zhǎng)線上的磁場(chǎng)。:2B:3B半圓形電流在圓心處的場(chǎng)。半圓形電流在圓心處的場(chǎng)。半無(wú)線長(zhǎng)直導(dǎo)線端點(diǎn)的場(chǎng)。半無(wú)線長(zhǎng)直導(dǎo)線端點(diǎn)的場(chǎng)。例例3 3：如圖，求：如圖，求BOBO0012

13、3044OIIBBBBRR三者的磁場(chǎng)方向一致。三者的磁場(chǎng)方向一致。例例4 4：有一閉合帶電體，由半徑分別為：有一閉合帶電體，由半徑分別為a a，b b的半圓連的半圓連接而成，其上電荷線密度為接而成，其上電荷線密度為 ，當(dāng)回路以角速度，當(dāng)回路以角速度 繞繞過(guò)過(guò)O O點(diǎn)的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求點(diǎn)的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求O O點(diǎn)的點(diǎn)的2,1/TfTbq電流電流電量電量相當(dāng)于半徑為相當(dāng)于半徑為b，電流為，電流為I1的圓電流。的圓電流。解：解：對(duì)半圓對(duì)半圓1B1233oab12 /2l blbIf q 1233oabdr0 10012224IbBbb 402B其半徑為其半徑為r r32/2drdrdIfdq 相當(dāng)于

14、相當(dāng)于的圓電流，的圓電流，對(duì)直線段對(duì)直線段3：取微元：取微元dr，其電量，其電量dq = dr同理，半圓同理，半圓2也可看成一圓電流也可看成一圓電流在在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng) Br12lbIf qrdrrdIdB420303rdrrdIdB420303baabrdrBln44003abBln4031233BBBB、 、ln203321abBBBBB那么：那么：方向相同，均垂直于板面向外。方向相同，均垂直于板面向外。同理，對(duì)直線段同理，對(duì)直線段3：1233oabrdr 例例5 5：求載流直螺線管中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。：求載流直螺線管中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 ldlI2解：將螺線管分

15、割成解：將螺線管分割成許多圓線圈。許多圓線圈。nIdl在在P點(diǎn)產(chǎn)生的點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小磁場(chǎng)大小dB為：為：PR120223/22()R nIdldBRl20223/22()a IBax圓電流磁場(chǎng)圓電流磁場(chǎng)Bddl段載有電流段載有電流nIdl.20223/22 ()LR nIdlBRlcotlR統(tǒng)一變量：統(tǒng)一變量：222()rRl22cscRldl LRP12Bdr2cscdlRd 20223/22 ()LR nIdlBRl2/322220)csc()csc(2RdRnIRL21csc20dnI21sin20dnI)cos(cos2120nIB方向沿軸線方向方向沿軸線方向1.1.無(wú)限長(zhǎng)直螺線管無(wú)限長(zhǎng)直螺線管 P12BIn,102nIB02.2.半無(wú)限長(zhǎng)直螺線管的端點(diǎn)半無(wú)限長(zhǎng)直螺線管的