第九章真空中的穩(wěn)恒磁場.doc - 教案：大學物理二.doc

目的要求1 理解電流密度矢量、穩(wěn)恒電流和穩(wěn)恒電場的概念；2 理解非靜電性力和非靜電性場的概念，掌握電動勢的定義；復習：9-1，9-2預習：9-3，9-4作業(yè)：練習一3 理解歐姆定律的微分形式，會作簡單計算；4 理解磁感應強度的概念。教學過程一 總結上學期考試情況，本學期教學內(nèi)容概述及學習要求二 新課第九章 穩(wěn)恒磁場9-1 穩(wěn)恒電流的基本概念一 電流強度和電流密度1 電流強度：方向：正電荷運動的方向（規(guī)定）；大小：, 單位：安培（A）, 量綱：I（I是標量，它只能描述通過導體中某一截面電流的整體特征。而實際中有時會遇到電流在大塊導體中流動的情形，這時導體的不同部分電流的大小和方向都不一樣，形成一定的電流分布。因此，必須引入能夠細致描述電流分布的物理量）2 電流密度矢量描述電流分布的矢量點函數(shù)大小：通過與該點場強方向垂直的單位面積的電流強度即： 方向：該點場強的方向，或該點正電荷運動的方向；單位：量綱：3 已知求：二 穩(wěn)恒電流和穩(wěn)恒電場1 穩(wěn)恒電流：通過導體中任一截面的電流強度的大小和方向都不隨時間變化的電流。不隨時間改變不隨時間改變q的分布不隨時間改變單位時間內(nèi)進出閉合面的凈電荷為零。即電流的穩(wěn)恒條件，由此可導出基爾霍夫定律（節(jié)點電流定律）2 穩(wěn)恒電場：不隨時間改變的電場。（穩(wěn)恒電流產(chǎn)生穩(wěn)恒電場）由于產(chǎn)生穩(wěn)恒電場的電荷的分布不隨時間改變，靜電場的基本規(guī)律（高斯定理、環(huán)流定理）對穩(wěn)恒電場都適用。即穩(wěn)恒電場與靜電場的區(qū)別：穩(wěn)恒電場：導體內(nèi)部的 靜電場： 導體內(nèi)部的 , 3 歐姆定律的微分形式上式即為歐姆定律的微分形式，是電磁學中重要的輔助方程之一，且普適。三 電源和電動勢穩(wěn)恒電流的產(chǎn)生要得到穩(wěn)恒電流，就必須有非靜電力存在。非靜電力：能使正電荷逆著電場方向運動或能使負電荷順著電場方向運動的力。1 電源：能提供非靜電力的裝置。能不斷地把其它形式的能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置。如：電池、發(fā)電機等。2 電動勢：定量地描述電源轉換能量本領大小的物理量。定義： 單位正電荷從負極移到正極，非靜電力所作的功。 電源將單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極，非靜電力所作的功。 將單位正電荷繞閉合回路一周，非靜電力所作的功。電動勢是標量，單位、量綱與電勢一樣，為方便，規(guī)定：自負極經(jīng)過電源內(nèi)部到正極的方向為電動勢的方向。l 學完十二章電磁感應后，我們將對電動勢有更加深刻的認識例1 已知電子電量為，電子的“漂移”速度的平均值為，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為，求金屬導體中的傳導電流密度。解：例2有一長為L的圓柱形電容器，內(nèi)、外極板的半徑分別為R1和R2，兩極間充滿電阻率為的非理想介質(zhì)，當兩極板間加上電壓V后，會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。 計算電介質(zhì)的漏電電阻； 求電介質(zhì)內(nèi)各點處的場強E和漏電電流密度解 , ，沿方向9-2 磁場 磁感應強度一 磁場1 磁極：同名相斥，異名相吸。（根源亦是電流）2 奧斯特的發(fā)現(xiàn)磁場 對其中的磁體、載流導線、運動電荷有磁力作用； 當載流導線在其中運動或載流線圈在磁場中轉動時，磁場力要作功（磁場有能量）。二 磁感應強度 （）定義方法：類比于1 試驗線圈（載流平面小線圈，如右圖） 要求： I0較小不影響被測磁場的性質(zhì)； 線度小線圈范圍內(nèi)的磁場性質(zhì)可認為處處相同。 磁矩： 法線方向與電流遵從右手螺旋定則。 2 的定義：（大小、方向、單位、量綱） 將試驗線圈置于磁場中某點處，線圈受到磁力矩的作用。 的方向：=0（線圈平衡）時，的方向； 的大?。簩嶒灠l(fā)現(xiàn)， 即： 可以反映磁場的性質(zhì)，則定義：在SI制中， 單位：= 特斯拉（T），1T = 104G（高斯）量綱：小結目的要求1. 理解磁場的高斯定理,明確磁場是無源場；2. 掌握畢奧沙伐爾定律，會用其計算磁感應強度。復習：9-3，9-4預習：9-5作業(yè)：練習二：1，2，4練習三：2復習1.，2. 3.4.新課9-3 磁場的高斯定理一 磁感應線：1定義：描述磁場分布的假想曲線。2特點：環(huán)繞電流的，無頭無尾的閉合曲線，磁場是渦旋場。3B的大小 ：磁感應線密度 直電流，環(huán)形電流，螺線管電流的磁感應線的示意圖。二 磁通量m：1 定義：磁感應通量，可以理解為通過磁場中任一給定曲面的磁感應線總數(shù)；2 計算：3 單位：韋伯（Wb）三 磁場的高斯定理即：穿過任一閉合曲面的磁通量必然為零！物理意義：說明磁場是無源場。微分形式：（數(shù)學中的高斯公式： ） （靜電場：）9-4 畢奧-薩伐爾(-拉普拉斯)定律畢沙(拉)定律相當于靜電場中的庫能定律，是計算的基本定律。一 比沙定律1 電流源：導線中的電流強度載流導線上沿電流方向所取的線元。2 的方向：垂直于與組成的平面，即的方向3 的大小：, 則：計算任意電流的磁場的基礎。矢量積分，運算時，可對的各分量積分。二 運動電荷的磁場由此可見，的大小為：的方向：當q0時，與同向；當q0），以O為軸，角速度為轉動。則：=？圓盤的磁偶極矩=？解： , 方向與同。 例4算磁通量 已知： 已知： 已知：小結目的要求1. 理解安培環(huán)路定理，明確磁場是有旋場；2. 能熟練運用安培環(huán)路定理求解。復習引入復習：9-5預習：10-1，10-2作業(yè)：練習三：4練習四：1，2，3 大小 ：方向：當q0時，與同向；當qR，rR, 如果I沿R1柱上，沿R2向下，結果如何？如果I沿R1柱上，沿R2R3下，結果又如何？2 載流長直螺線管、載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場：（總結：求各區(qū)域的B的三步曲： 分析是否有對稱性； 取回路； 算B）3 無限大載流平面外的磁場 方向：由分析可知，磁場方向平行于電流平面 大?。喝』芈穉bcda結論：無限大載流平面的兩側磁場為均勻磁場，大小相等，方向相反。拓展：三個區(qū)域的 ： ： ： ：例1 無限長