磁感應(yīng)強度的計算課件

第十一章真空中的恒定磁場1精選課件第十一章真空中的恒定磁場1精選課件§11-1磁感應(yīng)強度磁場的高斯定理一、基本磁現(xiàn)象磁性：可吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)。這種作用是通過磁場進行的。磁性材料和電流都能產(chǎn)生磁場。

天然磁鐵礦石：四氧化三鐵(Fe3O4)

（1）磁性材料1.產(chǎn)生磁場的物質(zhì)2精選課件§11-1磁感應(yīng)強度磁場的高斯定理一、基本磁現(xiàn)象

人工磁鐵：氧化鐵(Fe2O3)與一種或多種二價金屬氧化物(CuO，MnO,BaO等)的粉末混合高溫?zé)Y(jié)而成。

（2）電流（或運動電荷）周圍存在磁場小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。奧斯特實驗：3精選課件人工磁鐵：氧化鐵(Fe2O3)與一種或多種二價2.磁場對電流（或運動電荷）產(chǎn)生磁力作用揭示出磁鐵會對電流施加作用力。安倍實驗：4精選課件2.磁場對電流（或運動電荷）產(chǎn)生磁力作用安培實驗：相互吸引相互排斥5精選課件安培實驗：相互吸引相互排斥5精選課件3.安培分子電流假說安培分子電流觀點：物質(zhì)的每個分子都存在著回路電流----分子電流結(jié)論：磁現(xiàn)象的本源是電流，實質(zhì)上是運動的電荷。分子電流作定向排列，則宏觀上就會顯現(xiàn)出磁性來。6精選課件3.安培分子電流假說結(jié)論：磁現(xiàn)二、磁感應(yīng)強度實驗：試驗點電荷q以速度沿不同方向射入磁場中。實驗規(guī)律如下：(1)q受到的磁力的方向總是垂直于的方向。場中各點都有一特定方向，電荷沿該方向(或其反方向)運動時不受磁力的作用。q7精選課件二、磁感應(yīng)強度實驗：試驗點電荷q以速度沿定義該特定方向(或反向)為該點的磁感應(yīng)強度的方向。（2）當(dāng)時，q受力最大，定義磁感應(yīng)強度大小q8精選課件定義該特定方向(或反向)為該點的磁感應(yīng)強度的方向：按q為正電荷時，的方向確定。qB的單位：特斯拉(T)，高斯（Gs）9精選課件的方向：按q為正電荷時，三、磁場的高斯定理1.磁感應(yīng)線(磁力線)

的大?。和ㄟ^某點與垂直的單位面積的磁力線數(shù)(數(shù)密度)。的方向：曲線上任一點的切線方向。10精選課件三、磁場的高斯定理1.磁感應(yīng)線(磁力線)

與電力線的區(qū)別：磁力線是一系列圍繞電流、首尾相接的閉合曲線。11精選課件與電力線的區(qū)別：磁力線是一系列圍繞電流、首2.磁通量：通過磁場中某一曲面的磁力線數(shù)。單位：韋伯(Wb)12精選課件2.磁通量：通過磁場中某一曲面的磁力線數(shù)。單位由于磁力線是閉合的，無頭無尾,對磁場中任一閉合曲面S，穿入的磁力線數(shù)（穿入面通量為負）等于穿出磁力線數(shù)（穿出面通量為正），磁通量為3.磁場的高斯定理磁場是無源場或渦旋場。13精選課件由于磁力線是閉合的，無頭無尾,對磁場中任一閉合問題：能等于零嗎？磁單極子存在嗎？NS14精選課件問題：能

一、畢奧-薩伐爾定律（電流的磁場）§11-211-3畢奧-薩伐爾定律電流元在P點激發(fā)的磁感應(yīng)強度大?。悍较颍旱姆较?5精選課件一、畢奧-薩伐爾定律（電流的磁場）§11-211-對載流導(dǎo)線畢-薩定律是實驗定律，閉合回路各電流元磁場疊加結(jié)果與實驗相符，間接證明了畢-薩定律的正確性。----真空磁導(dǎo)率單位(SI)：I為安倍(A)，B為特斯拉(T)16精選課件對載流導(dǎo)線畢-薩定律是實驗定律，閉合回路各

任取一電流元，它在P點激發(fā)的磁感應(yīng)強度長為L的載流直導(dǎo)線，通有電流為I，求與導(dǎo)線相距為a的P點處的。二、畢奧-薩伐爾定律的應(yīng)用1.載流長直導(dǎo)線的磁場17精選課件任取一電流元，它在P點激發(fā)的磁感應(yīng)強度

各個電流元在P點產(chǎn)生的磁場方向相同方向垂直于紙面向內(nèi)。18精選課件各個電流元在P點產(chǎn)生的磁場方向相同方向垂直化為同一變量β積分：則19精選課件化為同一變量β積分：則19精選課件方向垂直于紙面向內(nèi)。20精選課件方向垂直于紙面向內(nèi)。20精選課件

角

從垂線向上轉(zhuǎn)(沿I流向)則取正值,從垂線向下轉(zhuǎn)(沿I反向)則取負值。對無限長載流直導(dǎo)線有則o21精選課件角從垂線向上轉(zhuǎn)(沿I流向)則取正值,從

取軸線為x軸，任取一電流元,其方向如圖，垂直紙面向外。半徑為R的圓形載流導(dǎo)線通有電流I，求其軸線上P點的。2.載流圓線圈軸線上的磁場22精選課件取軸線為x軸，任取一電流元方向沿x軸正方向。由對稱性可知，磁場沿軸線方向。23精選課件方向沿x軸正方向。由對稱性可知，磁場沿軸線方向。23精選圓心處(x

=0)也可用右手定則直接判斷其方向。24精選課件圓心處(x=0)也可用右手定則直接判斷其方向。24精選課件3.載流直螺線管軸線上的磁場設(shè)螺線管的半徑為R，單位長度上繞有n匝線圈，通有電流I，求軸線上P點的。距P點水平距離l處任取一小段dl，25精選課件3.載流直螺線管軸線上的磁場設(shè)螺線dl上匝數(shù)方向沿軸線向右。根據(jù)圓電流軸線各點磁感應(yīng)強度結(jié)果，得26精選課件dl上匝數(shù)方向沿軸線向右。根據(jù)圓電流軸線各點磁感應(yīng)強度結(jié)果，

換成變量積分：27精選課件換成變量積分：27精選課件

螺線管為無限長時，

----與P的位置無關(guān)28精選課件螺線管為無限長時，----與P的位置無關(guān)28精選課件例：如圖無限長通電導(dǎo)線，求圓心O處的磁感應(yīng)強度。設(shè)半圓弧的半徑為R。IoABCD

解：直線電流AB在O點激發(fā)的磁感應(yīng)強度為29精選課件例：如圖無限長通電導(dǎo)線，求圓心O處的磁感應(yīng)強度。IoABCD方向垂直紙面向外。30精選課件IoABCD方向垂直紙面向外。30精選課件方向垂直紙面向內(nèi)。半圓弧電流在O點激發(fā)的磁感應(yīng)強度為IoABCD31精選課件方向垂直紙面向內(nèi)。半圓弧電流在O點激發(fā)的磁感應(yīng)強直線電流CD在O點激發(fā)的磁感應(yīng)強度為零。根據(jù)畢奧-薩伐爾定律IoABCD32精選課件直線電流CD在O點激發(fā)的磁感應(yīng)強度為零。根據(jù)畢奧-薩伐爾定律O點的磁感應(yīng)強度為設(shè)垂直紙面向內(nèi)方向為正，則磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向內(nèi)。IoABCD33精選課件O點的磁感應(yīng)強度為設(shè)垂直紙面向內(nèi)方向為正，則磁感應(yīng)解：建立如圖所示的坐標(biāo)系，取寬為dx距P為x的無限長的電流線元，例:[習(xí)題11-13(1),P.268]寬度為a的無限長金屬薄片，均勻通以電流I。試求薄片平面內(nèi)距薄片左端為r處P點的磁感應(yīng)強度。它在P激發(fā)的磁感應(yīng)強度34精選課件解：建立如圖所示的坐標(biāo)系，取方向垂直于紙面向外。所有的電流線元在P點的同向，方向垂直于紙面向外。35精選課件方向垂直于紙面向外。所有的電流線元在P點的同向例：一均勻帶電圓環(huán)，帶有正電荷q，半徑為R。它在圓平面內(nèi)以角速度ω繞圓心轉(zhuǎn)動，求圓心處的磁感應(yīng)強度。ROq解：圓環(huán)轉(zhuǎn)動時形成圓電流，它的電流強度36精選課件例：一均勻帶電圓環(huán)，帶有正電荷q，半徑為R。ROq引伸：若為均勻帶電圓盤如何計算？r提示：把圓盤分成許多同心細圓環(huán)，其帶電量形成電流強度再求方向垂直紙面向內(nèi)。37精選課件ROq引伸：若為均勻帶電圓盤如何計算？r提示：把圓二、運動電荷產(chǎn)生的磁場取電流元I為單位時間內(nèi)通過截面S的電量，38精選課件二、運動電荷產(chǎn)生的磁場取電流元I為單位時間內(nèi)通過截面S的電流元內(nèi)粒子數(shù)

方向與電荷速度方向相同，上式寫為平均每個粒子激發(fā)的磁感應(yīng)強度39精選課件電流元內(nèi)粒子數(shù)方向與電荷速度方向相同，+q即一個速度為、電量為q的電荷產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度靜止電荷只激發(fā)靜電場，不激發(fā)磁場。運動的電荷不但激發(fā)電場，而且激發(fā)磁場。40精選課件+q即一個速度為、電量為q的電荷產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度§11-4安培環(huán)路定律I1I2L----安培環(huán)路定律在磁場中，磁感應(yīng)強度沿任一閉合曲線的環(huán)流等于穿過積分回路的所有電流的代數(shù)和乘以真空磁導(dǎo)μ0。41精選課件§11-4安培環(huán)路定律I1I2L----安培環(huán)路定律證明：先以長直電流為例說明。1.取半徑為r的閉合磁力線為積分回路L，回路方向與磁場方向相同。rL42精選課件證明：先以長直電流為例說明。1.取半徑為r若取回路的方向與磁場方向相反，則rL2.在與導(dǎo)線垂直的平面內(nèi)，取圍繞I的任意閉合回路為積分路徑L。43精選課件若取回路的方向與磁場方向相反，則rLr44精選課件r44精選課件3.圍繞I的回路L不在與電流垂直平面內(nèi)。線元同樣可分解為dl//和dl⊥兩個分量，有同樣的結(jié)果：IL45精選課件3.圍繞I的回路L不在與電流垂直平面內(nèi)。4.I

在回路L外Aφ46精選課件4.I在回路L外Aφ46精選課件其中Ii在L外時，5.有多根載流導(dǎo)線存在LI1I2I347精選課件其中Ii在L外時，5.有多根載流導(dǎo)線存在LI1I2I3I1I2LI3----安培環(huán)路定律對任意幾何形狀的通電導(dǎo)線，上面結(jié)論都適用。在磁場中，沿任一閉合曲線的環(huán)流等于穿過積分回路的所有電流的代數(shù)和乘以真空磁導(dǎo)μ0。48精選課件I1I2LI3----安培環(huán)路定律對任意幾何形狀

安培環(huán)路定律中電流符號的確定：積分路徑繞行方向按右手螺旋法則可確定一個方向，電流方向與它相同時電流為正，相反時電流為負。49精選課件安培環(huán)路定律中電流符號的確定：1.回路外面的電流對的環(huán)流沒有貢獻，但回路上各點的卻是由回路內(nèi)外所有電流決定的。2.安培環(huán)路定律反映了磁場是非保守場，與靜電場本質(zhì)上不同。說明：I1I2LI350精選課件1.回路外面的電流對的環(huán)流沒有貢獻，一、均勻載流的無限長圓柱形導(dǎo)體內(nèi)外的磁場§11-5安培環(huán)路定律的應(yīng)用由于電流是均勻分布在截面上的，根據(jù)對稱性，磁力線是以圓柱軸線為中心的同心圓。51精選課件一、均勻載流的無限長圓柱形導(dǎo)體內(nèi)外的磁場§11-ab取以軸線為中心、半徑為r的圓為積分回路L，回路方向與相同，52精選課件ab取以軸線為中心、半徑為r的圓為積分回路

r<R時：穿過積分回路L的電流為r>R時：53精選課件r<R時：穿過積分回路L的電流為r>R時：53若把圓柱體改為空心圓柱桶，內(nèi)外的磁場如何？54精選課件若把圓柱體改為空心圓柱桶，內(nèi)外的磁場如何？54精二、載流長直螺線管