磁場基本概念和安培環(huán)路定理

1、關(guān)于磁場的基本概念與安培環(huán)路定理第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 第七章第一節(jié) 電流的磁場第二節(jié) 磁場對運動電荷的作用第三節(jié) 磁場對載流導(dǎo)體的作用第四節(jié) 電磁感應(yīng)定律第二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)1 基本概念: 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度2 磁通量 高斯定理3 安培環(huán)路定理4 安培環(huán)路定理及其應(yīng)用第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、磁現(xiàn)象及其規(guī)律磁性天然磁石或人工磁鐵吸收鐵(Fe)，鈷( Co)，鎳(Ni)的性質(zhì)。 磁體具有磁性的物體 永久磁體長期保持磁性的物體磁極條形磁鐵兩端磁性最強(qiáng)的部分在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動的條形磁鐵，在平衡時總是指向南北方向的，分別稱

2、為磁鐵的兩極（N、S）。目前未發(fā)現(xiàn)磁單極第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、磁現(xiàn)象及其規(guī)律磁力磁體之間的相互作用力，同極相斥，異極相吸第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、電流的磁效應(yīng)磁鐵與載流導(dǎo)線的相互作用INS電流的磁效應(yīng)第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、電流的磁效應(yīng)載流導(dǎo)線與載流導(dǎo)線的相互作用在磁場中運動的電荷受到的磁力第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月運動電荷會激發(fā)磁場；運動的電荷在磁場中將受到磁場力的作用；一切磁現(xiàn)象起源于電荷的運動，磁場力就是運動電荷之間的一種相互作用力。小結(jié)第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、磁場

3、 磁感應(yīng)強(qiáng)度在運動電荷（或電流）周圍空間存在的一種特殊形式的物質(zhì)。1、概念磁場對磁體、運動電荷或載流導(dǎo)線有磁場力的作用；載流導(dǎo)線在磁場中運動時，磁場力要作功磁場具有能量。2、磁場的特性一、磁場第九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、磁感應(yīng)強(qiáng)度B需要一個既具有大小又有方向的物理量來定量描述磁場。實驗：運動電荷在磁場中的受力情況+Fmv實驗結(jié)果： 磁場力F與運動電荷的電量q和速度v以及電荷的運動方向有關(guān)。第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、磁感應(yīng)強(qiáng)度B在磁場中的任一點，當(dāng)電荷沿與上述特殊方向垂直的方向運動時，電荷所受到的磁場力最大（計為Fmax），F(xiàn)max /qv是與q、v

4、無關(guān)的確定值。（該值即為B的大小）q在磁場中的任一點存在一個特殊的方向，當(dāng)電荷沿此方向或其反方向運動時所受的磁場力為零。（該特殊的方向即為B的方向）第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義磁場中任一點都存在一個特殊的方向和確定的比值Fmax /qv 反映了磁場在該點的方向特征和強(qiáng)弱特征定義矢量函數(shù)B，規(guī)定它的大小為方向為放在該點的小磁針平衡時N極的指向。磁感應(yīng)強(qiáng)度第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4、單位特斯拉T TeslaqBvFmF與v、B的方向遵從右手螺旋定則5、方向第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、磁感應(yīng)線1磁感應(yīng)線：用來描述

5、磁場分布的曲線。磁感應(yīng)線上任一點切線的方向B的方向。B的大小可用磁感應(yīng)線的疏密程度表示。磁感應(yīng)線密度：在與磁感應(yīng)線垂直的單位面積上的穿過的磁感應(yīng)線的數(shù)目。第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、幾種典型的磁感應(yīng)線IB載流長直導(dǎo)線圓電流 載流長螺線管3、磁感應(yīng)線特性磁感應(yīng)線是無頭尾的閉合曲線，無起點無終點；磁感應(yīng)線不相交。思考：P104 7-1、7-2第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、磁通量1、磁通量定義：通過磁場中某一曲面的磁感應(yīng)線的數(shù)目，定義為磁通量，用表示。2、 磁通量 磁場的高斯定律第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、磁通量2、計算dSdSc

6、. 通過任一曲面的磁通量dS第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、說明規(guī)定n的方向垂直于曲面向外 磁感應(yīng)線從曲面內(nèi)穿出時，磁通量為正(0) 磁感應(yīng)線從曲面外穿入時，磁通量為負(fù)(/2, cos0)穿過曲面的磁通量可直觀地理解為穿過該面的磁感應(yīng)線條數(shù)單位：韋伯(wb) 1Wb=1Tm2 第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、 高斯定律1、內(nèi)容 通過任意閉合曲面的磁通量必等于零。2、解釋磁感應(yīng)線是閉合的，因此有多少條磁感應(yīng)線進(jìn)入閉合曲面，就一定有多少條磁感應(yīng)線穿出該曲面。S第十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月dqdEEIdldBB畢奧薩伐爾根據(jù)電流在磁作用下的

7、實驗結(jié)果分析得出電流元產(chǎn)生磁場的規(guī)律，這一規(guī)律稱為畢奧薩伐爾定律。3、 安培環(huán)路定理及應(yīng)用一、畢奧薩伐爾定律第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)容電流元Idl在空間P點產(chǎn)生的磁場B為：稱為真空磁導(dǎo)率dB、dl、r的方向關(guān)系可由右手螺旋確定第二十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月由疊加原理可知：任一電流產(chǎn)生的磁場說明電流元Idl 的方向即為電流的方向；dB的方向由Idl 和r確定，即右手螺旋法則確定；畢奧薩伐爾定律是求解電流磁場的基本公式，利用該定律，原則上可以求解任何穩(wěn)恒載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。第二十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月載流長直導(dǎo)線的磁場因為各

8、電流元產(chǎn)生的磁場方向相同，磁場方向垂直紙面向里，以畫顯示。下面求磁場的大?。憾?、畢奧薩伐爾定律應(yīng)用舉例課本7-5式的推導(dǎo)ldl第二十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)1=0o, 2=180o （即為無限長直導(dǎo)線）時，第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月例：求半徑為R，電流強(qiáng)度為I的載流圓線圈軸線上距圓線圈中心為x0處的P點的磁場強(qiáng)度B及方向。X0R第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月解：磁場方向只有沿+x軸的分量，垂直于x軸的分量和為零。第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月若x=0，即圓電流環(huán)中心的場強(qiáng)：第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于

9、2022年6月安培 (Ampere, 1775-1836)三、安培環(huán)路定理法國物理學(xué)家，電動力學(xué)的創(chuàng)始人。1805年擔(dān)任法蘭西學(xué)院的物理教授，1814年參加了法國科學(xué)會，1818年擔(dān)任巴黎大學(xué)總督學(xué)，1827年被選為英國皇家學(xué)會會員。他還是柏林科學(xué)院和斯德哥爾摩科學(xué)院院士。安培在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)卓著，發(fā)現(xiàn)了一系列的重要定律、定理，推動了電磁學(xué)的迅速發(fā)展。1827年他首先推導(dǎo)出了電動力學(xué)的基本公式，建立了電動力學(xué)的基本理論，成為電動力學(xué)的創(chuàng)始人。第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、安培環(huán)路定理在穩(wěn)恒電流的磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合回路L的線積分，等于穿過這回路的所有電流強(qiáng)度

10、代數(shù)和的0倍，數(shù)學(xué)表達(dá)式：L1、內(nèi)容第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月電流正負(fù)的規(guī)定 按右手螺旋法則。I電流為正I電流為負(fù)第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月符號規(guī)定：電流方向與L的環(huán)繞方向服從右手關(guān)系的電流 I為正，否則為負(fù)。安培環(huán)路定律對于任一形狀的閉合回路均成立。B的環(huán)流與電流分布有關(guān)，但路徑上B仍是閉合路徑內(nèi)外電流的合貢獻(xiàn)。磁場是非保守場，不能引入勢能。2、說明思考P103 7-3第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1.分析磁場的對稱性：根據(jù)電流的分布來分析；2.過場點選取合適的閉合積分路徑；3.選好積分回路的取向，確定回路內(nèi)電流的正負(fù)；4.由

11、安培環(huán)路定理求出B。3、安培環(huán)路定理的應(yīng)用第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月分析場結(jié)構(gòu)：有軸對稱性以軸上一點為圓心，取垂直于軸的平面內(nèi)半徑為 r 的圓為積分環(huán)路 例1、求無限長圓柱面電流的磁場分布(半徑為 R ,電流I均勻流過柱體)P104 7-10第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月例2、同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體圓柱半徑為R1，外導(dǎo)體圓筒內(nèi)外半徑分別為R2、 R3，電纜載有電流I，求磁場的分布。 （設(shè)電流I均勻流過內(nèi)外圓筒)解：同軸電纜的電流分布具有軸對稱性在電纜各區(qū)域中磁力線是以電纜軸線為對稱軸的同心圓。R2R3IR1Irr R1時, 取沿半徑 r 的磁感應(yīng)線為環(huán)路P104 7-11第三十四張，PPT共三十九頁