磁場的基本概念與安培環(huán)路定理

關于磁場的基本概念與安培環(huán)路定理第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第七章第一節(jié)電流的磁場第二節(jié)磁場對運動電荷的作用第三節(jié)磁場對載流導體的作用第四節(jié)電磁感應定律第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)1基本概念:磁場磁感應強度2磁通量高斯定理3安培環(huán)路定理4安培環(huán)路定理及其應用第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、磁現(xiàn)象及其規(guī)律磁性天然磁石或人工磁鐵吸收鐵(Fe)，鈷(Co)，鎳(Ni)的性質。

磁體——具有磁性的物體

永久磁體——長期保持磁性的物體磁極條形磁鐵兩端磁性最強的部分在水平面內自由轉動的條形磁鐵，在平衡時總是指向南北方向的，分別稱為磁鐵的兩極（N、S）。目前未發(fā)現(xiàn)磁單極第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、磁現(xiàn)象及其規(guī)律磁力——磁體之間的相互作用力，同極相斥，異極相吸第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、電流的磁效應磁鐵與載流導線的相互作用INS電流的磁效應第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、電流的磁效應載流導線與載流導線的相互作用在磁場中運動的電荷受到的磁力第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日運動電荷會激發(fā)磁場；運動的電荷在磁場中將受到磁場力的作用；一切磁現(xiàn)象起源于電荷的運動，磁場力就是運動電荷之間的一種相互作用力。小結第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、磁場磁感應強度在運動電荷（或電流）周圍空間存在的一種特殊形式的物質。1、概念磁場對磁體、運動電荷或載流導線有磁場力的作用；載流導線在磁場中運動時，磁場力要作功——磁場具有能量。2、磁場的特性一、磁場第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、磁感應強度B需要一個既具有大小又有方向的物理量來定量描述磁場。實驗：運動電荷在磁場中的受力情況–+Fmv實驗結果：磁場力F與運動電荷的電量q和速度v以及電荷的運動方向有關。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、磁感應強度B在磁場中的任一點，當電荷沿與上述特殊方向垂直的方向運動時，電荷所受到的磁場力最大（計為Fmax），F(xiàn)max/qv是與q、v無關的確定值。（該值即為B的大小）q在磁場中的任一點存在一個特殊的方向，當電荷沿此方向或其反方向運動時所受的磁場力為零。（該特殊的方向即為B的方向）第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日3、磁感應強度的定義磁場中任一點都存在一個特殊的方向和確定的比值Fmax/qv

反映了磁場在該點的方向特征和強弱特征定義矢量函數(shù)B，規(guī)定它的大小為方向為放在該點的小磁針平衡時N極的指向?！鸥袘獜姸鹊谑?，共三十九頁，2022年，8月28日4、單位特斯拉TTeslaqBvFmF與v、B的方向遵從右手螺旋定則5、方向第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、磁感應線1．磁感應線：用來描述磁場分布的曲線。磁感應線上任一點切線的方向——B的方向。B的大小可用磁感應線的疏密程度表示。磁感應線密度：在與磁感應線垂直的單位面積上的穿過的磁感應線的數(shù)目。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日2、幾種典型的磁感應線IB載流長直導線圓電流

載流長螺線管3、磁感應線特性磁感應線是無頭尾的閉合曲線，無起點無終點；磁感應線不相交。思考：P1047-1、7-2第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、磁通量1、磁通量定義：通過磁場中某一曲面的磁感應線的數(shù)目，定義為磁通量，用Ф表示。2、

磁通量磁場的高斯定律第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、磁通量2、計算dSdSc.通過任一曲面的磁通量dS第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日3、說明規(guī)定n的方向垂直于曲面向外

磁感應線從曲面內穿出時，磁通量為正(θ<π/2,cosθ>0)

磁感應線從曲面外穿入時，磁通量為負(θ>π/2,cosθ<0)穿過曲面的磁通量可直觀地理解為穿過該面的磁感應線條數(shù)單位：韋伯(wb)1Wb=1T·m2

第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、高斯定律1、內容

通過任意閉合曲面的磁通量必等于零。2、解釋磁感應線是閉合的，因此有多少條磁感應線進入閉合曲面，就一定有多少條磁感應線穿出該曲面。S第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日dq→dE→EIdl→dB→B畢奧－薩伐爾根據(jù)電流在磁作用下的實驗結果分析得出電流元產生磁場的規(guī)律，這一規(guī)律稱為畢奧－薩伐爾定律。3、

安培環(huán)路定理及應用一、畢奧－薩伐爾定律第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日內容電流元Idl在空間P點產生的磁場B為：稱為真空磁導率dB、dl、r的方向關系可由右手螺旋確定第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日由疊加原理可知：任一電流產生的磁場說明電流元Idl

的方向即為電流的方向；dB的方向由Idl

和r確定，即右手螺旋法則確定；畢奧－薩伐爾定律是求解電流磁場的基本公式，利用該定律，原則上可以求解任何穩(wěn)恒載流導線產生的磁感應強度。第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日載流長直導線的磁場因為各電流元產生的磁場方向相同，磁場方向垂直紙面向里，以畫×顯示。下面求磁場的大?。憾?、畢奧－薩伐爾定律應用舉例課本7-5式的推導ldl第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日當θ1=0o,θ2=180o

（即為無限長直導線）時，第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日例：求半徑為R，電流強度為I的載流圓線圈軸線上距圓線圈中心為x0處的P點的磁場強度B及方向。X0R第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日解：磁場方向只有沿+x軸的分量，垂直于x軸的分量和為零。第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日若x=0，即圓電流環(huán)中心的場強：第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日安培(Ampere,1775-1836)三、安培環(huán)路定理法國物理學家，電動力學的創(chuàng)始人。1805年擔任法蘭西學院的物理教授，1814年參加了法國科學會，1818年擔任巴黎大學總督學，1827年被選為英國皇家學會會員。他還是柏林科學院和斯德哥爾摩科學院院士。安培在電磁學方面的貢獻卓著，發(fā)現(xiàn)了一系列的重要定律、定理，推動了電磁學的迅速發(fā)展。1827年他首先推導出了電動力學的基本公式，建立了電動力學的基本理論，成為電動力學的創(chuàng)始人。第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、安培環(huán)路定理在穩(wěn)恒電流的磁場中，磁感應強度B沿任何閉合回路L的線積分，等于穿過這回路的所有電流強度代數(shù)和的μ0倍，數(shù)學表達式：L1、內容第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日電流正負的規(guī)定–––按右手螺旋法則。I電流為正I電流為負第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日符號規(guī)定：電流方向與L的環(huán)繞方向服從右手關系的電流I為正，否則為負。安培環(huán)路定律對于任一形狀的閉合回路均成立。B的環(huán)流與電流分布有關，但路徑上B仍是閉合路徑內外電流的合貢獻。磁場是非保守場，不能引入勢能。2、說明思考P1037-3第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.分析磁場的對稱性：根據(jù)電流的分布來分析；2.過場點選取合適的閉合積分路徑；3.選好積分回路的取向，確定回路內電流的正負；4.由安培環(huán)路定理求出B。3、安培環(huán)路定理的應用第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日分析場結構：有軸對稱性以軸上一點為圓心，取垂直于軸的平面內半徑為r的圓為積分環(huán)路例1、求無限長圓柱面電流的磁場分布(半徑為R,電流I均勻流過柱體)P1047-10第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日例2、同軸電纜的內導體圓柱半徑為R1，外導體圓筒內外半徑分別為R2、R3，電纜載有電流I，求磁場的分布。（設電流I均勻流過內外圓筒)解：同軸電纜的電流分布具有軸對稱性在電纜各區(qū)域中磁力線是以電纜軸線為對稱軸的同心圓。R2R3IR1Irr<R1時,取沿半徑

r

的磁感應線為環(huán)路P1047-11第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日R1<r<R2,同理R2R3IR1Ir第三十五頁，共三十九頁，202