磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的高斯定理課件

§4-3穩(wěn)恒磁場(chǎng)基本內(nèi)容§4-3穩(wěn)恒磁場(chǎng)基本內(nèi)容1磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的高斯定理畢奧-薩伐爾定律安培環(huán)路定理磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的高斯定理畢奧-薩伐爾定律安培環(huán)路定理磁場(chǎng)2一、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的高斯定理：1、基本磁現(xiàn)象：磁鐵磁鐵（1）磁極：同性相斥，異性相吸。（2）N,S極不可單獨(dú)存在。方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！秹?mèng)溪筆談》一、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的高斯定理：1、基本磁現(xiàn)象：磁鐵磁鐵（3磁石古績(jī)點(diǎn)滴先秦古書《管子》：“上有慈石者下有銅金”。秦始皇阿房宮北闕門用大塊大塊的磁石建造，防刺客暗殺。晉代，馬隆率兵與羌人作戰(zhàn)，羌兵身披鐵甲，剽悍異常，馬隆的部隊(duì)傷亡很大。馬隆用計(jì)：在敵軍必經(jīng)的山路兩旁堆放大量磁石，然后令士兵脫去鐵甲，誘敵深入。羌兵被磁石吸住，個(gè)個(gè)步履艱難。馬隆率兵乘勢(shì)追殺。羌兵以為中了魔法，士氣大衰。馬隆打了大勝仗。磁石古績(jī)點(diǎn)滴先秦古書《管子》：“上有慈石者下有銅金”。42、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）奧斯特實(shí)驗(yàn)（1819）INS電流磁鐵2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）奧斯特實(shí)驗(yàn)（1819）INS電流磁鐵5IIISN（2）安培實(shí)驗(yàn)磁鐵電流電流電流IIISN（2）安培實(shí)驗(yàn)磁鐵電流電流電流6磁鐵磁鐵電流磁場(chǎng)電流問(wèn)題1：磁鐵和電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在本質(zhì)上是否一致？問(wèn)題2：磁場(chǎng)的性質(zhì)？磁鐵磁鐵電流磁場(chǎng)電流問(wèn)題1：磁鐵和電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁場(chǎng)73、安培分子電流假設(shè)條形磁鐵螺線管類比電流磁場(chǎng)電流3、安培分子電流假設(shè)條形磁鐵螺線管類比電流磁場(chǎng)電流84、磁感應(yīng)強(qiáng)度：電流運(yùn)動(dòng)的電荷運(yùn)動(dòng)的試探電荷實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）磁力大小與試探電荷運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，磁力方向總是和試探電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直。磁場(chǎng)4、磁感應(yīng)強(qiáng)度：電流運(yùn)動(dòng)的電荷運(yùn)動(dòng)的試探電荷實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）9（2）運(yùn)動(dòng)試探電荷沿磁場(chǎng)中某一

特定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁力為零。B+qv（3）如果電荷沿與磁場(chǎng)方向垂直的方向運(yùn)動(dòng)，受到的磁力最大Fm。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向（2）運(yùn)動(dòng)試探電荷沿磁場(chǎng)中某一B+qv（3）如果電荷沿與磁10v+qB定義磁感應(yīng)強(qiáng)度

B大?。悍较颍簐+qB定義磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小：方向：11磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：國(guó)際單位制：

特斯拉（T）（4）磁感應(yīng)線：形象化手段來(lái)描述穩(wěn)恒磁場(chǎng)特征B的大小決定于磁感應(yīng)線的疏密程度B的方向?qū)?yīng)于磁感應(yīng)線的切線方向磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：國(guó)際單位制：特斯拉（T）（4）磁感應(yīng)線12磁感應(yīng)線的特點(diǎn)：磁感應(yīng)線是和閉合電流相互套鏈的無(wú)頭無(wú)尾的閉合線。環(huán)繞方向與電流方向成右手螺旋關(guān)系。電流磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線的特點(diǎn)：磁感應(yīng)線是和閉合電流相互環(huán)繞方向與電電流磁感13I載流直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線右手螺旋I載流直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線右手螺旋145、磁感應(yīng)通量磁場(chǎng)高斯定理θB定義：5、磁感應(yīng)通量磁場(chǎng)高斯定理θB定義：15如果S為閉合曲面S意義：穩(wěn)恒磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)。穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的高斯定理通過(guò)磁場(chǎng)中任一閉合曲面的磁感應(yīng)強(qiáng)度的通量為零。如果S為閉合曲面S意義：穩(wěn)恒磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)。穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的高斯定16二、畢奧-薩伐爾定律帶電體電荷元靜電場(chǎng)載流導(dǎo)線穩(wěn)恒磁場(chǎng)電流元二、畢奧-薩伐爾定律帶電體電荷元靜電場(chǎng)載流導(dǎo)線穩(wěn)恒磁場(chǎng)電流元171、電流元的定義：矢量I線元dl大?。篒dl方向：與電流方向一致物理模型！1、電流元的定義：矢量I線元dl大?。篒dl方向：與電18

2、畢-薩定律I3、討論：2、畢-薩定律I3、討論：19（2）任意線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線積分矢量積分（2）任意線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線積分矢量積分20（3）運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)vBrq>0vBrq<0（3）運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)vBrq>0vBrq<021（1）無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線3、畢-薩定律的應(yīng)用：由畢-薩定律可求得一些典型載流體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。dI（1）無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線3、畢-薩定律的應(yīng)用：由畢-薩定22（2）長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)：內(nèi)部為均勻磁場(chǎng)?。。?）長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)：內(nèi)部為均勻磁場(chǎng)??！23

直線電流的磁場(chǎng)IP

1

2d①選取電流元,寫出r方向：按右手螺旋，垂直板面向里直線電流的磁場(chǎng)IP12d①選取電流元,r24載流導(dǎo)線上任何電流元在P點(diǎn)激發(fā)的磁場(chǎng)dB，方向都相同，垂直板面向里。

矢量積分簡(jiǎn)化為代數(shù)的積分載流導(dǎo)線上任何電流元在P點(diǎn)激發(fā)的矢量積分簡(jiǎn)化為代數(shù)的積分25

統(tǒng)一變量于是得到統(tǒng)一變量于是得到26

直線電流的磁場(chǎng)方向：由右手螺旋確定直線電流的磁場(chǎng)方向：由右手螺旋確定27討論：若導(dǎo)線為無(wú)限長(zhǎng)，則無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其大小與距離d成反比，而方向由右手螺旋法則確定。討論：若導(dǎo)線為無(wú)限長(zhǎng)，則無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，28三、安培環(huán)路定理靜電場(chǎng)有源無(wú)旋場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)三、安培環(huán)路定理靜電場(chǎng)有源無(wú)旋場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)29在磁場(chǎng)中，沿任何閉合曲線B矢量的線積分（環(huán)流），等于真空的磁導(dǎo)率乘以穿過(guò)以這閉合曲線為邊界所張任意曲面的各恒定電流的代數(shù)和。1、真空中的安培環(huán)路定理在磁場(chǎng)中，沿任何閉合曲線B矢1、真空中的安培環(huán)路定理30討論：（1）I為代數(shù)值，有正負(fù)之分。當(dāng)I方向與L的繞向成右旋，I取正；當(dāng)I方向與L的繞向成左旋，I取負(fù)！IL（2）物理意義：穩(wěn)恒磁場(chǎng)是非保守場(chǎng)。討論：（1）I為代數(shù)值，有正負(fù)之分。當(dāng)I方向與L的繞向成右旋31磁場(chǎng)強(qiáng)度只與傳導(dǎo)電流有關(guān)，與磁化電流無(wú)關(guān)定義物理量H（1）、=r

0:磁導(dǎo)率（真空r=1）。2、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度只與傳導(dǎo)電流有關(guān)，與磁化電流無(wú)關(guān)定義物理量H（1）32IIs磁介質(zhì)中的安培定理IIs磁介質(zhì)中的安培定理33電流電流電流電流34四、磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用1、安培定律：一電流元在磁場(chǎng)中受到的安培力為IB

四、磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用1、安培定律：一電流元在磁場(chǎng)中IB35對(duì)載流導(dǎo)線積分矢量積分一段載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力為：對(duì)載流導(dǎo)線積分矢量積分一段載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的362、安培定律的應(yīng)用（1）直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中IBzLqdF2、安培定律的應(yīng)用（1）直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中IBzLqdF374、磁力的功（1）載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平動(dòng)BABCDA’BF磁力的功：4、磁力的功（1）載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平動(dòng)BABCDA’BF磁38BACDA’BAB運(yùn)動(dòng)前后穿過(guò)回路磁通量的增量：FBACDA’BAB運(yùn)動(dòng)前后穿過(guò)回路磁通量的增量：F395、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用（1）洛倫茲力實(shí)驗(yàn)指出：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力的作用，其大小和方向?yàn)椋河懻摚?/p>

洛倫茲力方向與q的正負(fù)相關(guān)。

洛倫茲力不作功。5、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用（1）洛倫茲力實(shí)驗(yàn)指出：運(yùn)動(dòng)電荷在磁40（2）帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

速度與磁場(chǎng)平行BvF=0粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)（2）帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)平行BvF=0粒子作勻41

速度與磁場(chǎng)垂直Bvq與速度方向垂直粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)F速度與磁場(chǎng)垂直Bvq與速度方向垂直粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)F42BvqF與速度無(wú)關(guān)回旋加速器的工作原理BvqF與速度無(wú)關(guān)回旋加速器的工作原理43+B-vev-+B-vev-44§4-4電磁感應(yīng)與電磁波§4-4電磁感應(yīng)與電磁波451、電動(dòng)勢(shì)靜電力非靜電力要形成穩(wěn)恒電流，電路中必須存在非靜電力！除靜電力之外的所有力都是非靜電力（化學(xué)、機(jī)械、磁力等）+-一、電磁感應(yīng)1、電動(dòng)勢(shì)靜電力非靜電力要形成穩(wěn)恒電流，電路中必須存在非靜電46（1）非靜電性場(chǎng)強(qiáng)Fk表示電荷q在電源中受到的非靜電力，則定義：非靜電性場(chǎng)強(qiáng)BA外電路中非靜電性場(chǎng)強(qiáng)為0。（1）非靜電性場(chǎng)強(qiáng)Fk表示電荷q在電源中受到的非靜電力，則47BA（2）電動(dòng)勢(shì)定義:單位正電荷從電源負(fù)極移到電源正極時(shí)，非靜電力作的功電勢(shì)的定義類比如果外電路中也存在非靜電力BA（2）電動(dòng)勢(shì)定義:單位正電荷從電源負(fù)極移到電源正極時(shí)，非48BA非靜電場(chǎng)強(qiáng)沿閉合電路上的環(huán)流方向：與電流方向一致。BA非靜電場(chǎng)強(qiáng)沿閉合電路上的環(huán)流方向：與電流方向一致。492、電磁感應(yīng)定律（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)一NS結(jié)論：閉合線圈處磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。G2、電磁感應(yīng)定律（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)一NS結(jié)論：閉合線圈處磁場(chǎng)50實(shí)驗(yàn)二GAB結(jié)論：磁場(chǎng)不變，導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。

實(shí)驗(yàn)二GAB結(jié)論：磁場(chǎng)不變，導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。51電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)穿過(guò)一個(gè)閉合回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)穿過(guò)一個(gè)閉合回路所包圍的面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)52（2）法拉第電磁感應(yīng)定律通過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比。感應(yīng)電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2）法拉第電磁感應(yīng)定律通過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)53討論：楞次定律：

感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量的變化。NS討論：楞次定律：NS54討論：

“-”號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，是法拉第感應(yīng)定律的重要內(nèi)容，是楞次定律的數(shù)學(xué)表達(dá)。的正負(fù)只有在規(guī)定“一定的正方向”之下才有意義。討論：“-”號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，是法拉第感應(yīng)定律的重55的正負(fù)確定：以原磁通

0為正方向，i與

0成右手系則i為正，反之則為負(fù)。

0NS

/t

i

的正負(fù)確定：以原磁通0為正方向，i與0成右手0NS56

0NS

/t

i

0NS57討論：

對(duì)于N匝線圈討論：對(duì)于N匝線圈583、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（1）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)GABvdxl磁場(chǎng)不變，線圈形狀改變。磁通量改變3、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（1）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)GABvdxl磁場(chǎng)不變，線圈59（2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的物理本質(zhì)AB方向上無(wú)電子定向運(yùn)動(dòng)vGABlAB（2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的物理本質(zhì)AB方向上無(wú)電子定向運(yùn)動(dòng)vGABl60動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的物理本質(zhì)由洛倫茲力提供非靜電性力，搬運(yùn)電荷的結(jié)果。推廣到一般情況GAlv動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的物理本質(zhì)由洛倫茲力提供非靜電性力，搬運(yùn)電荷的結(jié)果61（3）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算的一般公式非靜電力非靜電性場(chǎng)強(qiáng)：GAlv（3）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)計(jì)算的一般公式非靜電力非靜電性場(chǎng)強(qiáng)：GAlv624、感生電動(dòng)勢(shì)感生電場(chǎng)（1）感生電場(chǎng)（物理分析）B不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體回路不變，B改變感生電動(dòng)勢(shì)洛倫茲力？？？？4、感生電動(dòng)勢(shì)感生電場(chǎng)（1）感生電場(chǎng)（物理分析）B不變，63NS麥克斯韋假設(shè)：變化的磁場(chǎng)在其周圍激發(fā)了一種電場(chǎng)，稱為感生電場(chǎng)。GNS麥克斯韋假設(shè)：變化的磁場(chǎng)在其周圍激發(fā)了一種電場(chǎng)，稱為感生64感生電場(chǎng)靜電場(chǎng)

由自由電荷激發(fā)。

電力線不閉合

由變化的磁場(chǎng)激發(fā)

電力線是閉合的。對(duì)電荷有作用力。感生電場(chǎng)靜電場(chǎng)由自由電荷激發(fā)。電力線不閉合由變化的磁場(chǎng)65（2）感生電場(chǎng)的環(huán)流NSB由電動(dòng)勢(shì)的定義：（2）感生電場(chǎng)的環(huán)流NSB由電動(dòng)勢(shì)的定義：66討論：

感生電場(chǎng)為非保守場(chǎng)！

討論：感生電場(chǎng)為非保守場(chǎng)！67（3）渦電流導(dǎo)體（塊）在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或被放在變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中形成渦旋電流（感應(yīng)電流）。應(yīng)用：阻尼擺、高頻感應(yīng)電爐。（3）渦電流導(dǎo)體（塊）在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或被放在應(yīng)用：685、自感應(yīng)和互感應(yīng)（1）自感應(yīng)由于回路中電流產(chǎn)生的磁通量發(fā)生變化，而在自己回路中激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為自感現(xiàn)象，相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為自感電動(dòng)勢(shì)。5、自感應(yīng)和互感應(yīng)（1）自感應(yīng)由于回路中電流產(chǎn)生的磁通量發(fā)69I

mI寫成等式：

m=LI或L=m/I又或L稱為自感系數(shù)。僅與回路性質(zhì)(幾何形狀）有關(guān)。

ImI寫成等式：又或L稱為自感系數(shù)。僅與70（2）互感應(yīng)

兩個(gè)載流線圈相互地激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象。

21I1I2

12

感應(yīng)電流反抗原來(lái)電流的變化。

自感系數(shù)的單位：亨利（H)（2）互感應(yīng)兩個(gè)載流線圈相互地激起感應(yīng)電動(dòng)21I1I271

21I2I1

12互感系數(shù)M：或21I2I112互感系數(shù)M：或726、磁場(chǎng)的能量（1）自感磁能KK閉合，電流從0逐漸增至I要求電源反抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作功i為電流的瞬時(shí)值6、磁場(chǎng)的能量（1）自感磁能KK閉合，電流從0逐漸增至I要73K在一個(gè)自感系數(shù)為L(zhǎng)的線圈中建立強(qiáng)度為I的電流，線圈中儲(chǔ)存的能量。K在一個(gè)自感系數(shù)為L(zhǎng)的線圈中建立強(qiáng)度為I的電流，線圈中儲(chǔ)存的74（2）磁場(chǎng)的能量長(zhǎng)直螺線管：B=

0nI（2）磁場(chǎng)的能量長(zhǎng)直螺線管：B=0nI75定義：磁場(chǎng)能量密度比較定義：磁場(chǎng)能量密度比較76討論：

磁場(chǎng)具有能量，是磁場(chǎng)具有物質(zhì)性的表現(xiàn)。

磁場(chǎng)能量密度定義具有普適性。對(duì)磁場(chǎng)空間積分討論：磁場(chǎng)具有能量，是磁場(chǎng)具有物質(zhì)性的表現(xiàn)。磁場(chǎng)能量密度77靜電場(chǎng)：穩(wěn)恒磁場(chǎng)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng)變化的電場(chǎng)能否產(chǎn)生磁場(chǎng)？？？？感生電場(chǎng)二、麥克斯韋方程組靜電場(chǎng)：穩(wěn)恒磁場(chǎng)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng)變化的電場(chǎng)能否產(chǎn)生磁781、位移電流（1）回顧安培環(huán)路定理：在磁場(chǎng)中，沿任何閉合曲線B矢量的線積分（環(huán)流），等于真空的磁導(dǎo)率乘以穿過(guò)以這閉合曲線為邊界所張任意曲面的各恒定電流的代數(shù)和。1、位移電流（1）回顧安培環(huán)路定理：在磁場(chǎng)中，沿任何閉合曲線79傳導(dǎo)電流在全電路中不連續(xù)。I0S1S2IS1S2~傳導(dǎo)電流在全電路中不連續(xù)。I0S1S2IS1S2~80電流在正極板終結(jié)電荷在正極板積累電位移矢量變化通過(guò)S2面的電位移通量變化(2)麥克斯韋位移電流假設(shè)：IS1S2~電流在正極板終結(jié)電荷在正極板積累電位移矢量變化通過(guò)S2面的電81對(duì)S1+S2形成的閉合曲面應(yīng)用高斯定理：0IS1S2~對(duì)S1+S2形成的閉0IS1S2~82具有電流的意義位移電流變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)--“感生磁場(chǎng)”具有電流的意義位移電流變化的電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)--“感生磁場(chǎng)”83傳導(dǎo)電流由電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生存在于導(dǎo)體中

有熱效應(yīng)位移電流由變化電場(chǎng)產(chǎn)生可存在于真空中

無(wú)