2022-2023年高中物理競(jìng)賽 電磁學(xué)7磁場(chǎng)畢-薩定律課件

1、第二篇電磁學(xué)第7章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)第7章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)第1節(jié) 磁性與磁場(chǎng)第3節(jié) 磁場(chǎng)的高斯定理第2節(jié) 畢奧 薩伐爾定律The Magnetic Field and Electromagnetic Reciprocity第4節(jié) 磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理第6節(jié) 磁場(chǎng)與實(shí)物的相互作用第5節(jié) 電磁場(chǎng)的相對(duì)性（選講）第7節(jié) 磁介質(zhì)第1節(jié) 磁性與磁場(chǎng)Magnetism and Magnetic Fields1. 基本的磁現(xiàn)象：磁鐵、磁性、磁極（N、S）、磁力、磁化等一、磁場(chǎng)最早的指南針?biāo)灸希☉?zhàn)國(guó),距今約2500年）航海使用的羅盤(pán)SN條形磁鐵：SN指南針：運(yùn)動(dòng)電荷（電流）磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷（電流）2.電與磁的聯(lián)系1820年,奧斯

2、特發(fā)現(xiàn)：電流旁的小磁針偏轉(zhuǎn)同年,安培發(fā)現(xiàn)：磁鐵旁的載流導(dǎo)線運(yùn)動(dòng) 載流導(dǎo)線載流導(dǎo)線ISN磁鐵磁鐵電流電流 安培提出分子電流假說(shuō)：宏觀物質(zhì)內(nèi)部存在著分子電流,每個(gè)分子電流均有磁效應(yīng),物質(zhì)的磁性就是這些分子電流對(duì)外表現(xiàn)出的磁效應(yīng)的總和. 磁性物質(zhì)產(chǎn)生磁現(xiàn)象的解釋：NS分子電流：原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子繞核運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)形成了分子電流. 當(dāng)各分子電流取向傾向一致時(shí),物質(zhì)便對(duì)外表現(xiàn)出磁性 .電與磁密切相關(guān)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)電荷本身受磁力作用3. 磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷、電流、磁鐵周圍都存在磁場(chǎng).磁場(chǎng)對(duì)其內(nèi)的運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用.載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí),磁力對(duì)其作功.磁場(chǎng)的性質(zhì)：矢量場(chǎng),具有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)三

3、種情況的相互作用,依賴“磁場(chǎng)”完成.電流（旁） 小磁針偏轉(zhuǎn)磁鐵（旁） 載流導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線 載流導(dǎo)線描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量二、磁感應(yīng)強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)電荷q0以速度 進(jìn)入磁場(chǎng) 中的P點(diǎn)時(shí),受到一個(gè)側(cè)向的磁場(chǎng)力 ,則該點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足：當(dāng) 取某一特定方向時(shí),運(yùn)動(dòng)電荷受力最大則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：方向：電荷不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向,（磁鐵外部NS；磁鐵內(nèi)部S N）（洛倫茲力）小磁針靜止時(shí)N極的指向.F、v、B 三者之間的關(guān)系如下：1 F(v、B) 決定的平面2 v B 時(shí),F=Fmax3 v |B 或 vB 及v =0 時(shí), F=0大小方向B顯然比 復(fù)雜單位：SI制 T(特斯拉)高斯制 G(高斯

4、)1T = 104GSI制中：畢 薩定律.P一、畢奧薩伐爾定律電流激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律實(shí)驗(yàn)證明：真空中電流元 在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向： 的方向（右手法則） 大小：寫(xiě)成矢量式：真空中的磁導(dǎo)率第2節(jié) 畢奧 薩伐爾定律The Biot-Savart Law畢 薩定律長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流導(dǎo)線, 在P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.P用迭加法得：二、畢薩定律的應(yīng)用(下面討論幾種常見(jiàn)的電流結(jié)構(gòu))解：其在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小為取任意電流元L.P 各電流元在P處產(chǎn)生的dB方向一致方向：沿 y 方向建立坐標(biāo)系：12例2. 求長(zhǎng)為L(zhǎng)的直線電流 I 在周圍 空間激發(fā)的磁場(chǎng).1 若導(dǎo)線無(wú)限長(zhǎng)2 若導(dǎo)線半無(wú)限長(zhǎng)3 P點(diǎn)在導(dǎo)線的延長(zhǎng)線上B = 0討論L結(jié)

5、論：(1)無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線周圍B與x成反比.(2) B在垂直導(dǎo)線平面內(nèi)沿同心圓切線方向, 并與電流方向成右手螺旋關(guān)系.比較:解：先討論B的方向例3. 求載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)B, 已知半徑為R, 通電電流為I.I.PxxorR02R方向沿 x 軸正向 是對(duì)x軸對(duì)稱的2 當(dāng) x = 0時(shí),圓心處IoR.PxBB討論：半圓環(huán)圓心處弧長(zhǎng)L的圓心處1 無(wú)論 x 0 或 xR 時(shí)即比較電偶極子延長(zhǎng)線上動(dòng)畫(huà)例4. 一長(zhǎng)螺線管軸線上的磁場(chǎng)已知：導(dǎo)線通有電流I,單位長(zhǎng)度上匝數(shù)為n.解：在管上取一小段dx, 電流為dI=Indx , 則12方向沿 x 軸Ixdx P.x 該電流在P點(diǎn)的磁場(chǎng)為：2 半無(wú)限長(zhǎng)螺線管

6、討論:1 無(wú)限長(zhǎng)螺線管方向向右3 若管長(zhǎng)LR,管內(nèi)有 很大一部分場(chǎng)是均勻的.x P.x管內(nèi)為均勻場(chǎng)管外空間 B 0例5. 設(shè)導(dǎo)體截面積為S,電流中載流子體積密度為n,帶電 為q,以速度v沿電流 I 方向運(yùn)動(dòng). 求運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)B =？ISl解：如圖取一段長(zhǎng)為l 的導(dǎo)體,根據(jù)畢 薩定律其中nSdl=dN單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所激發(fā)的磁場(chǎng)為則有：1 無(wú)限長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)2 圓電流軸線上 P 點(diǎn)磁場(chǎng)3 無(wú)限長(zhǎng)載流直螺線管的磁場(chǎng)圓心處:4 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)x P.均勻磁場(chǎng)小結(jié)：o解1：例6. 均勻帶電圓盤(pán)半徑為R,以角速度 旋轉(zhuǎn),盤(pán)上總帶電量為q ,求圓盤(pán)中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度取半徑為 ,寬度為 的圓環(huán)設(shè)面電荷密度為 ,其電流強(qiáng)度：根據(jù)圓電流在圓心上的磁場(chǎng)公式：總的磁感應(yīng)強(qiáng)度：方向：解2：在圓盤(pán)上取面積元dS運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)：它在軸線上產(chǎn)生的dB：方向如圖由對(duì)稱性可知方向：沿 x 軸正方向例7. 在一無(wú)限長(zhǎng)的半圓筒形的金