高二物理競(jìng)賽磁場(chǎng)課件

第十章磁場(chǎng)§10-2恒定電流§10-4恒定磁場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)§10-5物質(zhì)的磁性本章內(nèi)容：本章重點(diǎn)：磁場(chǎng)和磁力的計(jì)算本章難點(diǎn)：矢量、積分、場(chǎng)概念讀書(shū)指導(dǎo)：10-1-1,10-4-5選讀；10-1-2,10-1-3,10-2-3,10-2-4,10-5-3不看.其余都看?！?0-3恒定電流的磁場(chǎng)§10-2恒定電流一電流密度§10-3恒定電流的磁場(chǎng)二畢奧-薩伐爾定律三高斯定律四安培環(huán)路定理主要內(nèi)容：回憶：1.畢奧-薩伐爾定律:2.畢奧-薩伐爾定律的應(yīng)用：圓心處

圓電流：直線(xiàn)電流：有限長(zhǎng)=>半無(wú)限長(zhǎng)=>無(wú)限長(zhǎng)推廣:一段圓弧電流在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度IP線(xiàn)圈的磁矩:例：按玻爾模型，在基態(tài)氫原子中，電子繞原子核做半徑為0.53x10-10m的圓周運(yùn)動(dòng)，速度為2.2x106m/s，求此運(yùn)動(dòng)的電子在核處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和磁矩。解：圓電流磁矩：再代入數(shù)據(jù)即可。考慮一電流元Idl中的運(yùn)動(dòng)電荷，如圖所示，簡(jiǎn)化的電流模型則I=qnvS在電流元Idl中的運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)dN=nSdl可得每個(gè)帶電粒子的磁場(chǎng).運(yùn)動(dòng)的電荷不僅產(chǎn)生磁場(chǎng),也產(chǎn)生電場(chǎng).+q運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)×n——導(dǎo)體的單位體積內(nèi)有n個(gè)可自由運(yùn)動(dòng)的電子ISdlqv-qPP載流直螺線(xiàn)管單位長(zhǎng)匝數(shù)n.求管中軸線(xiàn)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。取圓環(huán)形電流元,dI=nIdl：II縱剖面如圖,知I、n、R、L、1、

2，.dll...............L12P注意：從點(diǎn)元到線(xiàn)元分析方法與靜電場(chǎng)完全一樣！！思考：如何取電流元？3.載流直螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)電流元磁場(chǎng)方向沿軸線(xiàn).dll...............PL12換用角量：l=Rctg,dl=-R/sin2

,R2+l2=R2

/sin2

圓電流結(jié)果:討論:(1)螺線(xiàn)管內(nèi)磁場(chǎng)的方向用右手判斷.(2)螺線(xiàn)管無(wú)限長(zhǎng)時(shí),β1=π,β2=0,軸線(xiàn)上的磁場(chǎng):重要的結(jié)論！NS磁感應(yīng)線(xiàn)I

磁感應(yīng)線(xiàn)是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線(xiàn)NS三高斯定理m=BSSS磁通量:磁場(chǎng)的高斯定理:例題見(jiàn)后！例：在一均勻磁場(chǎng)中，有一個(gè)半徑為R的半球面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于底面，求通過(guò)半球面的磁通量。解：取閉合的半球面為高斯面SRI以長(zhǎng)直載流導(dǎo)線(xiàn)為例：在垂直于導(dǎo)線(xiàn)的平面,以導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)處為圓心取圓形環(huán)路L如果環(huán)繞方向相反

rPLL'分析:電流取正或取負(fù)與電流方向和環(huán)繞方向的關(guān)系

LI四安培環(huán)路定理當(dāng)回路不環(huán)繞電流時(shí)：如果回路是垂直平面上的任意閉合曲線(xiàn),則：結(jié)果仍為:當(dāng)回路是任意閉合曲線(xiàn),則環(huán)流決定于曲線(xiàn)在垂直于電流平面的投影(曲線(xiàn))上的環(huán)流,結(jié)果不變.LIrLIr.LI4I1LI2I3當(dāng)回路L環(huán)繞多個(gè)電流時(shí)：I1LI2I3I4——安培環(huán)路定理根據(jù)磁場(chǎng)的疊加原理,得結(jié)果為:規(guī)定：

I方向與回路L環(huán)繞方向成右手螺旋關(guān)系時(shí)為正，反之為負(fù)。規(guī)定：

I方向與回路L環(huán)繞方向成右手螺旋關(guān)系時(shí)為正，反之為負(fù)。在恒定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線(xiàn)積分（即環(huán)路積分）等于路徑L所包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和的0倍安培環(huán)路定理：空間所有電流共同產(chǎn)生的在場(chǎng)中任取的一閉合線(xiàn)，任意規(guī)定一個(gè)繞行方向L上的任一線(xiàn)元代數(shù)和與L繞行方向成右螺電流取正,如圖示的電流I1取正,I2取負(fù).與L

套連的穩(wěn)恒的閉合電流，閉合電流：以回路為邊界的任意曲面都能截得此電流1.

成立條件：電流是穩(wěn)恒的；閉合的。說(shuō)明：2.“包圍”是回路所圍面積截得（鉸鏈）；3.若回路與N匝鉸鏈：6.在磁場(chǎng)分布有對(duì)稱(chēng)性的情況下，可用來(lái)計(jì)算4.在靜磁學(xué)可與畢-薩-拉定律互相推出；LILI5.電流非穩(wěn)恒情況→磁場(chǎng)基本規(guī)律修改3.代入定律，計(jì)算。2.選合適的回路（L），使回路上各處B相等，方向特殊，從而可從回路積分中提出B

；用安培定理計(jì)算磁場(chǎng)的具體步驟：1.由I的分布，分析分布的對(duì)稱(chēng)性；1.長(zhǎng)直圓柱面電流（I，R）的磁場(chǎng)分析長(zhǎng)直圓柱面電流磁場(chǎng)的分布特點(diǎn).在垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)作圓心在軸線(xiàn)的圓形回路L1,取r<RB內(nèi)=0取r>R在垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)作圓形回路L2,安培環(huán)路定律應(yīng)用I

L2rL1rRBI⊙分析長(zhǎng)直圓柱面電流的磁場(chǎng)結(jié)果：長(zhǎng)直圓柱面電流的磁場(chǎng)具有軸對(duì)稱(chēng)性。dI⊙P由畢--薩-拉定律可判斷磁場(chǎng)的方向場(chǎng)線(xiàn)是在垂直于導(dǎo)線(xiàn)面內(nèi)的一系列圓心在軸線(xiàn)上的同心圓：同一條場(chǎng)線(xiàn)上，各點(diǎn)B大小相同，方向沿切線(xiàn)。2.長(zhǎng)直圓柱形載流導(dǎo)體內(nèi)外的磁場(chǎng)，電流I均勻分布在圓柱體的橫截面內(nèi)。電流I均勻分布在圓柱的橫截面內(nèi)，磁場(chǎng)具有軸對(duì)稱(chēng)分布RIrL1L1在垂直于軸線(xiàn)的平面內(nèi)，作圓心在軸線(xiàn)的圓形回路L1,取r<RR在垂直于軸線(xiàn)平面內(nèi)，作圓心在軸線(xiàn)的圓形回路L2,取r>R磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖:BrOR

L2r

L2r載流直螺線(xiàn)管總匝數(shù)N，單位長(zhǎng)匝數(shù)n。3.載流長(zhǎng)直螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)管內(nèi)：場(chǎng)線(xiàn)是平行于軸線(xiàn)的直線(xiàn)，同一條磁感應(yīng)線(xiàn)上各點(diǎn)B大小相同。B=0分析磁場(chǎng)的分布特點(diǎn):管外：磁場(chǎng)很弱，近似為0。結(jié)果:取矩形回路abcd：回路方向：a→b→c→dlabcdB=0000如圖,知I、N、R1

、R2

.4.載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)分析磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)：磁場(chǎng)集中在螺繞環(huán)內(nèi)。與環(huán)共軸的圓周上各點(diǎn)B的大小相等，方向沿切線(xiàn)。取同心圓形回路L,半徑

R1<r<R2

R1R2r如果螺繞環(huán)截面積很小,則：與螺線(xiàn)管的磁感應(yīng)強(qiáng)度表達(dá)式相同.思考:如何計(jì)算橫截面的磁通量?S只要求會(huì)計(jì)算橫截面為矩形的情況。電流向外rPcabd電流線(xiàn)密度均勻，大小為i,注意：是常量！選取關(guān)于平面對(duì)稱(chēng)的矩形回路abcd首先進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性分析單位長(zhǎng)電流為i5.無(wú)限大均勻載流平面的磁場(chǎng)無(wú)限大均勻載流平面兩側(cè)的磁場(chǎng)是均勻磁場(chǎng)，并且大小相等，方向相反。00本節(jié)小結(jié)2、畢奧-薩伐爾定律3.磁場(chǎng)的高斯定理:4.安培環(huán)路定理：1.電流穩(wěn)恒電流載流長(zhǎng)直螺線(xiàn)管：B內(nèi)=0總結(jié)幾種常見(jiàn)載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)：長(zhǎng)直線(xiàn)圓電流圓心均勻載流長(zhǎng)直圓柱體：均勻載流長(zhǎng)直圓柱面：載流螺繞環(huán)：

無(wú)限大均勻載流平面：

1.在長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，求通過(guò)矩形面積的磁通量。已知I、h、a、b.建立坐標(biāo)如圖取面元dS=hdr=BdSaa+b解:rrOIabhS×例關(guān)于磁通量的計(jì)算2.長(zhǎng)直圓柱形載流導(dǎo)體磁場(chǎng)中的矩形面積的磁通量。RI解：r，dr取面元dS=ldr=BdS0R3.同軸電纜（R1、R2）單位長(zhǎng)度的磁通量解：（R1<r<R2）r，dr取面元dS=ldr單位長(zhǎng)度的磁通量：