真空中恒定電流的磁場

真空中恒定電流的磁場第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1磁感應(yīng)強度B

1.磁現(xiàn)象NSNS磁場磁現(xiàn)象(1)

磁體磁體磁現(xiàn)象(2)

電流磁體I磁現(xiàn)象(3)

磁體電流ISIFN磁現(xiàn)象(4)電流電流FI1I2F現(xiàn)象:磁體磁體電流電流本質(zhì)：運動電荷磁場運動電荷磁場的性質(zhì)(1)對運荷(電流)有力的作用;(2)磁場有能量第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁感應(yīng)強度描述靜電場描述恒定磁場引入電流元模型引入試驗電荷q0實驗結(jié)果確定(1)(2)定義：磁感應(yīng)強度的方向當(dāng)時定義：磁感應(yīng)強度的大小第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)一般情況安培力公式是描述磁場中各點的強弱和方向(2)一般情況，(3)運動電荷在磁場中受力來確定洛倫茲力公式(1)說明第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月點產(chǎn)生的在大?。狐c產(chǎn)生的方向：(真空中的磁導(dǎo)率)垂直組成的平面與11.2畢奧－薩伐爾定律11.2.1.畢奧-薩伐爾定律基本思路：?畢－薩定律：第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例：(2)對任意一段有限電流,其產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度(3)原則上可求任意電流產(chǎn)生磁場的的方向(1)注意——右手法則討論第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2.畢奧-薩伐爾定律應(yīng)用舉例1.載流直導(dǎo)線的磁場IPa解求距離載流直導(dǎo)線為a

處一點P的磁感應(yīng)強度根據(jù)幾何關(guān)系：第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月IP(1)無限長直導(dǎo)線方向:右螺旋法則(2)任意形狀直導(dǎo)線PaI12討論第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.載流圓線圈的磁場RX0I求軸線上一點P的PX根據(jù)對稱性方向滿足右手定則第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

討論(1)載流圓線圈的圓心處(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場如果由N匝圓線圈組成(3)（磁矩）IS第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3.運動電荷的磁場

P電流元內(nèi)總電荷數(shù)一個運動電荷產(chǎn)生的磁場+qS第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖,電荷線密度為,繞O點以轉(zhuǎn)動時解1234線段1：O點的磁感應(yīng)強度例求線段2：同理第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1234線段3：線段4：同理第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

11.3磁通量磁場的高斯定理11.3.1.磁通量(1)規(guī)定：1)方向:磁力線切線方向為的單位面積上穿過的磁力線條數(shù)為磁感應(yīng)強度的大小的方向2)大小:垂直1.磁力線(2)磁力線的特征:1）無頭無尾的閉合曲線2）與電流相互套連,服從右手螺旋定則3）磁力線不相交第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁通量通過面元的磁場線條數(shù)——通過該面元的磁通量對于有限曲面磁力線穿入對于閉合曲面規(guī)定磁力線穿出第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

11.3.2.磁場的高斯定理磁場線都是閉合曲線

磁場的高斯定理電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線既沒有起始點,也沒有終止點,即磁場線即沒有源頭,也沒有尾—磁場是無源場（渦旋場）第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.4安培環(huán)路定理11.4.1.安培環(huán)路定理磁場的環(huán)流與環(huán)路中所包圍的電流有關(guān)

以無限長載流直導(dǎo)線為例第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月對一對線元來說環(huán)路不包圍電流,則磁場環(huán)流為零

環(huán)路方向反向,情況如何?若環(huán)路中不包圍電流的情況？第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

——在環(huán)路L中

——在環(huán)路L外

則磁場環(huán)流為

磁感應(yīng)強度沿一閉合路徑L的線積分,等于路徑L包圍的電流強度的代數(shù)和的倍-----安培環(huán)路定理推廣到一般情況第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)積分回路方向與電流方向呈右螺旋關(guān)系,滿足右螺旋關(guān)系時

,反之

(2)磁場是有旋場.——不代表磁場力的功,僅是磁場與電流的關(guān)系

——電流是磁場渦旋的軸心(4)安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導(dǎo)線,對于任意設(shè)想的一段載流導(dǎo)線不成立(3)環(huán)路上各點的磁場為所有電流的貢獻討論第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.4.2安培環(huán)路定理應(yīng)用舉例

例求無限長圓柱面電流的磁場分布。

PL解

系統(tǒng)具有軸對稱性圓周上各點的

B相同P點的B沿圓周的切線方向

在系統(tǒng)內(nèi)以軸為圓心做一圓周第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例求螺繞環(huán)電流的磁場分布

解

在螺繞環(huán)內(nèi)部做一個環(huán)路，可得若螺繞環(huán)的截面很小，內(nèi)部為均勻磁場在外部再做一個環(huán)路,可得螺繞環(huán)與無限長螺線管一樣,磁場全部集中在管內(nèi)部第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例求“無限大平板”電流的磁場

解

面對稱第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.5.1.磁場對載流導(dǎo)線的作用力11.5磁場對電流的作用載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場磁場對電流有作用大?。悍较颍?/p>

任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場中受到的安培力均勻磁場在勻強磁場中的閉合電流受力安培力討論第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月xyOAI××××L此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元例均勻磁場中放置一任意形狀的導(dǎo)線,電流強度為I求解相當(dāng)于一根載流直導(dǎo)線在勻強磁場中受力,方向沿y向。第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例如圖所示,求導(dǎo)線框受力和運動趨勢解方向向左方向向右整個線圈所受的合力：線圈向左做平動平衡力第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月勻磁場中剛性矩形載流線圈對ab段對cd段已知載流線圈受的合力為零大小相等，方向相反11.5.2.均勻磁場對載流線圈的作用對bc段對da段——形成力偶平衡力第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

線圈所受的力矩在勻強磁場中,平面線圈所受的安培力為零,僅受磁力矩的作用結(jié)論(1)線圈所受的力矩——運動趨勢穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡力矩最大討論第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月適用于任意形狀的平面載流線圈(3)磁力矩總是力圖使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到和外磁場一致的方向上。(2)載流矩形小線圈受的磁力矩第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.5.3磁力的功1.安培力對運動載流導(dǎo)線的功方向向右有限過程中,磁力的功安培力所做的功等于電流強度乘以導(dǎo)線所掃過的磁通量2.磁力矩對轉(zhuǎn)動載流線圈的功在一元過程中,磁力矩所作的功第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月負號表示轉(zhuǎn)動中,磁力矩對載流線圈做負功在一有限過程中，磁力矩所作的功(1)上述公式也適用于非均勻磁場。(2)磁偶極子的勢能(設(shè)⊥為勢能零點)討論第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月11.6帶電粒子在電場和磁場中的運動11.6.1.帶電粒子在電場中的運動帶電量為q,質(zhì)量為m的帶電粒子,在電場中

在一般電場中,求解上述微分方程比較復(fù)雜

11.6.2.帶電粒子在磁場中的運動以速度v運動的單個帶電量q的粒子在磁場中受到的磁場力f

1.洛侖茲力實驗結(jié)果第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月安培力與洛倫茲力的關(guān)系(1)洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直,故對電荷不作功只改變粒子的方向,而不改變它的速率和動能(2)在一般情況下,空間中電場和磁場同時存在時,帶電粒子所受的力為(3)安力是大量帶電粒子洛力的矢量疊加說明第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.帶電粒子在均勻磁場中的運動(1)情況帶電粒子的運動不受磁場影響(2)情況ORR與成正比T與無關(guān)它是磁聚焦,回旋加速器的基本理論依據(jù)第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)確定粒子的速度和能量。(2)判別粒子所帶電荷的正負根據(jù)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)方向來判斷討論帶電粒子根據(jù)宇宙射線轟擊鉛板所產(chǎn)生的粒子軌跡,發(fā)現(xiàn)了正電子第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

11.6.3.霍耳效應(yīng)在一個通有電流的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)板上,若垂直于板面施加一磁場,則在與電流和磁場都垂直的方向上,板面兩側(cè)會出現(xiàn)微弱電勢差——霍耳效應(yīng)a1.實驗結(jié)果ldIb2.原理橫向電場阻礙電子的偏轉(zhuǎn)洛倫茲力使電子偏轉(zhuǎn)第37頁，課件