大學(xué)物理——11-1磁感應(yīng)強(qiáng)度B

1、第十一章恒定電流的磁場(chǎng)靜止電荷靜止電荷靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷電場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化穩(wěn)恒磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)第十一章第十一章恒定電流的磁場(chǎng)恒定電流的磁場(chǎng)內(nèi)容：內(nèi)容：描述磁場(chǎng)的基本物理量描述磁場(chǎng)的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度電流磁場(chǎng)的基本方程電流磁場(chǎng)的基本方程Biot-savart定律定律磁場(chǎng)性質(zhì)的基本方程磁場(chǎng)性質(zhì)的基本方程高斯定理高斯定理與與安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理磁場(chǎng)對(duì)電流與運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)對(duì)電流與運(yùn)動(dòng)電荷的作用Lorentz力、力、Ampere力力 第11章 恒定電流的磁場(chǎng)中國(guó)研制的月球車在做沙漠試驗(yàn) 11.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度

2、 11.2 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 11.3 磁通量磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理 11.4 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 11.5 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 11.6 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 11.7 磁介質(zhì)磁介質(zhì)B補(bǔ)充：恒定電流補(bǔ)充：恒定電流 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)一、恒定電流和恒定電場(chǎng)電流電流 ：大量電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)。大量電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)體中存在自由電荷；導(dǎo)體中存在自由電荷；形成電流的兩個(gè)基本條件：形成電流的兩個(gè)基本條件： 導(dǎo)體中要維持一定的電場(chǎng)。導(dǎo)體中要維持一定的電場(chǎng)。載流子：載流子：導(dǎo)體中宏觀定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子導(dǎo)體中宏觀定向運(yùn)動(dòng)的帶

3、電粒子。SS電流強(qiáng)度（電流強(qiáng)度（I）：）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電荷橫截面的電荷 。tqIdd單位：?jiǎn)挝唬喊才喟才?sC1A1A10mA101A63導(dǎo)體中通過(guò)任一截面的電流不隨時(shí)間變化（導(dǎo)體中通過(guò)任一截面的電流不隨時(shí)間變化（I I = = 恒量）。恒量）。恒定電流（直流電）：恒定電流（直流電）：電流的方向：電流的方向：導(dǎo)體中正電荷的流向?qū)w中正電荷的流向。 維持恒定電流的條件是在導(dǎo)體內(nèi)部建立恒定電場(chǎng)維持恒定電流的條件是在導(dǎo)體內(nèi)部建立恒定電場(chǎng) 恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)相同，也遵守靜電場(chǎng)恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)相同，也遵守靜電場(chǎng)的高斯定理和環(huán)路定理。的高斯定理和環(huán)路定理。 結(jié)論：結(jié)論

4、：產(chǎn)生恒定電場(chǎng)的電荷分布必須不隨時(shí)間變化。產(chǎn)生恒定電場(chǎng)的電荷分布必須不隨時(shí)間變化。 二、電流密度電流密度：電流密度：導(dǎo)體中單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于電流方向?qū)w中單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于電流方向單位面積的電荷為導(dǎo)體中某點(diǎn)處電流密度單位面積的電荷為導(dǎo)體中某點(diǎn)處電流密度 的大小，的大小， 的方向?yàn)樵擖c(diǎn)正電荷定向漂移的方向的方向?yàn)樵擖c(diǎn)正電荷定向漂移的方向。 jj載流子載流子 濃度濃度n ；載流子電荷載流子電荷 q ； 載流子漂移速度載流子漂移速度 uqnuSqnuSI電流密度矢量：電流密度矢量： qnuj 通過(guò)任意橫截面的電流通過(guò)任意橫截面的電流 ：jsI 2mA單位：?jiǎn)挝唬?IS定義：電流密度定義：電流密度

5、nSIjdd大?。捍笮。?SIjjdd jSjSjIddd 對(duì)任意小面元對(duì)任意小面元 ，Sd對(duì)任意對(duì)任意曲面曲面S： SSjId P 處正電荷定向移動(dòng)處正電荷定向移動(dòng)速度方向上的單位矢量速度方向上的單位矢量 SdSddIjn方向方向: / vdIdS PI vn大塊導(dǎo)體大塊導(dǎo)體三、電源和電動(dòng)勢(shì)三、電源和電動(dòng)勢(shì) AB+EEAB+kF電源：電源：提供非靜電力的裝置。提供非靜電力的裝置。外電路：外電路：電源外部的電路，正電荷從高電電源外部的電路，正電荷從高電勢(shì)向低電勢(shì)運(yùn)動(dòng)勢(shì)向低電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電路：內(nèi)電路：電源內(nèi)部正、負(fù)兩極之間的電路，正電電源內(nèi)部正、負(fù)兩極之間的電路，正電荷克服靜電場(chǎng)力做功，從低電勢(shì)向

6、高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)荷克服靜電場(chǎng)力做功，從低電勢(shì)向高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。非靜電場(chǎng)：非靜電場(chǎng)：非靜電力與試驗(yàn)電荷電荷量的比值非靜電力與試驗(yàn)電荷電荷量的比值qFEkk電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周的過(guò)將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周的過(guò)程中，非靜電性電場(chǎng)力所做的功（在電源內(nèi)部從程中，非靜電性電場(chǎng)力所做的功（在電源內(nèi)部從負(fù)極到正極）負(fù)極到正極）。 llEqWdk單位：?jiǎn)挝唬篤內(nèi)l dElEkldk結(jié)論：結(jié)論：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于把單位正電荷從負(fù)極電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電性電場(chǎng)力所做的功經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電性電場(chǎng)力所做的功。 電源電動(dòng)勢(shì)的方向：電源電動(dòng)勢(shì)的方

7、向：電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向；電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向； 或在電源內(nèi)部從負(fù)極指向正極?；蛟陔娫磧?nèi)部從負(fù)極指向正極。 l dEqWk11.111.1磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度一、基本一、基本磁磁現(xiàn)象現(xiàn)象 司南勺司南勺 （1 1）具有磁性，能吸引鐵、）具有磁性，能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。鈷、鎳等物質(zhì)。（2 2）具有磁極，分磁北極）具有磁極，分磁北極N和磁南極和磁南極S。（3 3）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。（4 4）磁極不能單獨(dú)存在。）磁極不能單獨(dú)存在。永磁體的性質(zhì)：永磁體的性質(zhì)： 在磁極區(qū)域，磁性最強(qiáng)。5 .11磁偏角地球是一個(gè)巨大的永磁體

8、。地球是一個(gè)巨大的永磁體。 1820年年4月月哥本哈根大學(xué)哥本哈根大學(xué)電與磁電與磁丹麥物理學(xué)家丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特奧斯特接通電源時(shí)，放在邊上的磁針輕輕接通電源時(shí)，放在邊上的磁針輕輕抖動(dòng)了一下，電流反向時(shí)磁針的偏抖動(dòng)了一下，電流反向時(shí)磁針的偏轉(zhuǎn)也反向轉(zhuǎn)也反向電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)IIrB1820年年7月月21日，以拉丁文日，以拉丁文報(bào)導(dǎo)了報(bào)導(dǎo)了60次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。奧斯特（奧斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麥物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了電流丹麥物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了電流對(duì)磁針的作用，從而導(dǎo)致了對(duì)磁針的作用，從而導(dǎo)致了19世紀(jì)中

9、葉電磁理論的統(tǒng)一世紀(jì)中葉電磁理論的統(tǒng)一和發(fā)展。和發(fā)展。 磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線、載流導(dǎo)線之間或磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線、載流導(dǎo)線之間或載流線圈之間也有相互作用。載流線圈之間也有相互作用。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)電磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)電荷既能產(chǎn)生磁效應(yīng)，也能受磁力的作用。荷既能產(chǎn)生磁效應(yīng)，也能受磁力的作用。結(jié)論：結(jié)論： 一切磁現(xiàn)象的根源是電流。磁性物質(zhì)的分子中一切磁現(xiàn)象的根源是電流。磁性物質(zhì)的分子中存在回路電流，稱為存在回路電流，稱為分子電流分子電流。分子電流分子電流相當(dāng)于基相當(dāng)于基元磁鐵，物質(zhì)對(duì)外顯示出磁性，取決于物質(zhì)中分子元磁鐵，物質(zhì)對(duì)外顯示出磁性，取決

10、于物質(zhì)中分子電流對(duì)外界的磁效應(yīng)的總和。電流對(duì)外界的磁效應(yīng)的總和。 1、磁場(chǎng)、磁場(chǎng)1 1）磁力的傳遞者是磁場(chǎng)）磁力的傳遞者是磁場(chǎng)2 2）磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷所激發(fā)，參考系是觀察者）磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷所激發(fā)，參考系是觀察者3 3）磁場(chǎng)對(duì)外的重要表現(xiàn)）磁場(chǎng)對(duì)外的重要表現(xiàn)電流電流( (或磁鐵或磁鐵) )磁場(chǎng)磁場(chǎng)電流電流( (或磁鐵或磁鐵) )靜止電荷激發(fā)靜電場(chǎng)靜止電荷激發(fā)靜電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷可同時(shí)激發(fā)電場(chǎng)和磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)電荷可同時(shí)激發(fā)電場(chǎng)和磁場(chǎng)。(1)(1)磁場(chǎng)對(duì)進(jìn)入場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用；磁場(chǎng)對(duì)進(jìn)入場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用；(2)(2)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)的作用力對(duì)載流導(dǎo)體作載流導(dǎo)

11、體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)的作用力對(duì)載流導(dǎo)體作 功，表明磁場(chǎng)具有能量。功，表明磁場(chǎng)具有能量。二、磁場(chǎng)二、磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。 2、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度 恒定磁場(chǎng)：恒定磁場(chǎng)：磁場(chǎng)分布不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，一磁場(chǎng)分布不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，一 般可由恒定電流激發(fā)而在電流周圍空間產(chǎn)生。般可由恒定電流激發(fā)而在電流周圍空間產(chǎn)生。小磁針在場(chǎng)點(diǎn)處時(shí)其小磁針在場(chǎng)點(diǎn)處時(shí)其N 極的指向。極的指向。描述磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量：描述磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量：磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 的方向：的方向：BB磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 的定

12、義：的定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 的大?。旱拇笮。築電流元：回路中無(wú)限小的電流。電流元：回路中無(wú)限小的電流。電流元在磁場(chǎng)中不受力的狀態(tài)：lIdlId IB0FdlId0 FdlId電流元與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度同方向；電流元與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度同方向；電流元與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度反方向。電流元與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度反方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 的大?。旱拇笮。築BmaxFdlIdBFd lId IdldFBmax三、安培力三、安培力 電流元電流元 置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的外磁場(chǎng)中時(shí)，的外磁場(chǎng)中時(shí)，電流元所受的力為：電流元所受的力為：BlIdFdlIdB安培定律安培定律:Fd 安培定律安培定律: 一段電流元一段電流元Idl在磁場(chǎng)中所受的力在磁場(chǎng)中所受的力dF，其大小與電，其大小與電流元流元Idl成正比，與電流元所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與電流元所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成