大學(xué)物理：7-1基本磁現(xiàn)象比薩定律

Magnetic

Field

磁場(chǎng)本章導(dǎo)學(xué)1.學(xué)會(huì)利用畢奧－薩伐爾定律計(jì)算電流線(xiàn)的空間磁場(chǎng)分布。2.掌握磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理，會(huì)應(yīng)用此定理求解磁場(chǎng)分布。（注意理解和掌握求解磁場(chǎng)分布時(shí)，定理的適用條件）3.掌握帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況。（電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力）4.掌握載流導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中的受力情況，磁場(chǎng)對(duì)載流線(xiàn)圈的作用。7.1

磁力與電荷的運(yùn)動(dòng)早期的磁現(xiàn)象包括:(1)天然磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。(2)條形磁鐵兩端磁性最強(qiáng)，稱(chēng)為磁極。指北的一端稱(chēng)為北極或N極，指南的一端稱(chēng)為南極或S極。同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。(3)把磁鐵作任意分割，每一小塊都有南北兩極，任一磁鐵總是兩極同時(shí)存在。(4)某些本來(lái)不顯磁性的物質(zhì)，在接近或接觸磁鐵后就有了磁性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁化?；敬努F(xiàn)象1.基本磁現(xiàn)象INS1820年奧斯特磁針上的電碰撞實(shí)驗(yàn)奧斯特安培提出分子電流假設(shè):基本磁現(xiàn)象NS磁現(xiàn)象的電本質(zhì)—運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)產(chǎn)生作用2.

磁力的本質(zhì):磁力是運(yùn)動(dòng)電荷之間相互作用力的表現(xiàn)7.2

磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度MagneticFieldandMagneticFieldVector1.磁場(chǎng):磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁力

電場(chǎng)

磁場(chǎng)移動(dòng)電荷q電荷運(yùn)動(dòng)因而:作用于q的力2.磁場(chǎng)力(Lorentz洛侖茲力)：磁場(chǎng)作用于運(yùn)動(dòng)電荷的力

（2）在磁場(chǎng)中的p點(diǎn)處存在著一個(gè)特定的方向，當(dāng)電荷沿此方向或相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受到的磁力為零，與電荷本身性質(zhì)無(wú)關(guān);

（1）當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷以同一速率v沿不同方向通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)p時(shí)，電荷所受磁力的大小是不同的，但磁力的方向卻總是與電荷運(yùn)動(dòng)方向（）垂直；

（3）在磁場(chǎng)中的p點(diǎn)處，電荷沿與上述特定方向垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的磁力最大(記為Fm)，并且Fm與qv的比值是與q、v無(wú)關(guān)的確定值。其中B

為一個(gè)矢量，它表示磁場(chǎng)的性質(zhì)。大小方向磁場(chǎng)力正比于粒子的帶電量q和速度v

。3洛侖茲力的基本特點(diǎn)3)正電荷所受到的磁力方向與負(fù)電荷所受到的磁力方向相反。2）磁場(chǎng)力的大小和方向取決于粒子的速度及其磁場(chǎng)的大小和方向。vFmaxBBvqqIfIf1>方向:當(dāng)電荷沿著磁感應(yīng)強(qiáng)度方向移動(dòng),磁場(chǎng)力為零。2>大小:4.B磁感應(yīng)強(qiáng)度：為小磁針N

極指向

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，磁場(chǎng)中任何一點(diǎn)都存在一個(gè)固有的特定方向和確定的比值Fm/(qv)，與試驗(yàn)電荷的性質(zhì)無(wú)關(guān)，反映了磁場(chǎng)在該點(diǎn)的方向和強(qiáng)弱特征，為此，定義一個(gè)矢量函數(shù)——磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量：Unit:Tesla(特斯拉)

T地球兩極磁場(chǎng):地球赤道磁場(chǎng):永久磁鐵磁場(chǎng):~1T=104G(gauss)磁力線(xiàn).磁通量.磁場(chǎng)中的高斯定理為形象描述磁場(chǎng)引入的假想的線(xiàn)1Linesofinduction磁感應(yīng)線(xiàn)(磁力線(xiàn))：規(guī)定:方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度沿切線(xiàn)方向大小：從N-極或從無(wú)窮遠(yuǎn)發(fā)出。進(jìn)入S-極或到無(wú)窮遠(yuǎn)。形成一個(gè)環(huán)（回路）(磁單極子不存在)

。B

磁感應(yīng)線(xiàn)密集處磁感應(yīng)強(qiáng)度B

大，稀疏的時(shí)候磁感應(yīng)強(qiáng)度B

小?；ゲ幌嘟?2B-線(xiàn)磁感(應(yīng))線(xiàn)特點(diǎn):方向與電流成右手螺旋關(guān)系3磁感(應(yīng))B線(xiàn)的形狀:4>磁通量Magneticflux

：穿過(guò)某個(gè)曲面的磁感應(yīng)線(xiàn)的條數(shù)。單位:

韋伯(Wb),1Wb=1T·m2

對(duì)于曲面上的非均勻磁場(chǎng)，一般采用微元分割法求其磁通量。dSn對(duì)所取微元，磁通量：對(duì)整個(gè)曲面，磁通量：dSn6.磁場(chǎng)疊加原理：5磁場(chǎng)的高斯定理（磁通連續(xù)定理）穿過(guò)任意封閉曲面的磁通量為零

7-3TheBiot-SavartLaw

畢奧-薩伐爾定律的大小1.TheBiot-SavartLaw畢奧-薩伐爾定律:方向:右手螺旋法則真空磁導(dǎo)率:m0=4p×10-7N/A2電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)電流元在給定點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與Idl成正比，與到電流元的距離平方成反比，與電流元和矢徑夾角的正弦成正比。2.Applications:應(yīng)用畢薩定律解題的方法d.求B的分量Bx

、By;求總場(chǎng)。e.由c.確定電流元的磁場(chǎng)大小b.建立坐標(biāo)系;a.分割電流元;計(jì)算一段載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)例1:.一段長(zhǎng)為l的載流直導(dǎo)線(xiàn),通有電流為I,求距

a

處的P

點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度。

討論a.無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)：b.半無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)：由NOTE:c.載流直導(dǎo)線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)上的磁場(chǎng)：解:建立坐標(biāo)系，電流元在軸線(xiàn)上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為：例2:一半徑為R的載流圓環(huán)通有電流I，求圓環(huán)軸線(xiàn)上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。由對(duì)稱(chēng)性可知，載流圓環(huán)的磁場(chǎng)

討論1.載流圓環(huán)環(huán)心處x=0;3.載流半圓環(huán)環(huán)心處2.載流圓弧，圓弧所對(duì)圓心角3.運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)電流電荷運(yùn)動(dòng)形成磁場(chǎng)激發(fā)激發(fā)

設(shè)電流元，橫截面積S，單位體積內(nèi)有n個(gè)定向運(yùn)動(dòng)的正電荷,每個(gè)電荷電量為q，定向速度為v。

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面S的電量即為電流強(qiáng)度I:電流元在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度IIdlP電流元內(nèi)共有dN個(gè)以速度v運(yùn)動(dòng)的帶電粒子：

每個(gè)帶電量為q的粒子以速度v通過(guò)電流元所在位置時(shí)，在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為：

其方向根據(jù)右手螺旋法則，垂直、組成的平面。q為正，為的方向；q為負(fù)，與的方向相反。