穩(wěn)恒磁場解讀課件

第九章穩(wěn)恒磁場第九章穩(wěn)恒磁場1主要內(nèi)容：1、描述磁場的基本物理量—磁感強度4、磁場對電流和運動電荷的作用3、反映磁場性質(zhì)的基本方程—磁場的高斯定律和安培環(huán)路定律2、電流磁場基本定律—畢奧薩伐爾定律主要內(nèi)容：1、描述磁場的基本物理量—磁感強度4、磁場對電流21、掌握磁感強度的概念和畢奧--薩伐爾定律能計算簡單電流分布的磁場分布。2、理解高斯定理、安培環(huán)路定理和洛侖茲力公式。掌握用安培環(huán)路定理計算磁感強度的方法，并能熟練地應(yīng)用。3、理解磁矩的概念，能計算簡單的幾何形狀載流導(dǎo)體和載流平面在磁場中所受的力和力矩。4、能分析點電荷在均勻磁場中受力和運動的簡單情況具體要求1、掌握磁感強度的概念和畢奧--薩伐爾定律能計39-1基本磁現(xiàn)象1、人類最早認識到的磁現(xiàn)象—天然磁鐵的磁相互作用。2、電流的磁效應(yīng)—1820年丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)。3、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)—一切磁現(xiàn)象均起源于電荷的運動。9-1基本磁現(xiàn)象1、人類最早認識到的磁現(xiàn)象—天然磁鐵的磁49-2磁場磁感強度一、磁場2、基本特性:對位于磁場中的運動電荷產(chǎn)生磁作用力；3、磁場方向:小磁針受磁力后靜止時N極所指的方向。1、定義：運動電荷周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。9-2磁場磁感強度一、磁場2、基本特性:對位于磁場中的5二、磁感強度1、運動電荷在磁場中的受力情況(1)作用在運動電荷上的磁力F的方向,總是與電荷的運動方向垂直;(4)磁力隨電荷的運動方向與磁場方向之間的夾角的不同而變化。(3)磁力的大小正比于運動電荷的速率;(2)磁力的大小正比于運動電荷的電量;二、磁感強度1、運動電荷在磁場中的受力情況(1)作用在運動電6兩種特殊情況的受力圖：VFF=0電荷運動方與磁場方向一致F=Fmax電荷運動方向與磁場方向垂直V兩種特殊情況的受力圖：VFF=0電荷運動方與磁場方向一致F=72、磁感強度的定義：單位:特斯拉T1特斯拉=10高斯4(2)大小：運動電荷在某點受的最大磁力與電荷的電量和速率的乘積之比。即(1)方向：小磁針在某點N極的指向規(guī)定為該點的磁感強度B的方向。2、磁感強度的定義：單位:特斯拉T1特斯拉=10高斯89-3畢奧—薩伐爾定律一、定律內(nèi)容大小:與

r

成反比，與

成正比2方向:與

的方向一致數(shù)學(xué)表達式：P電流元

在真空某點產(chǎn)生的磁場9-3畢奧—薩伐爾定律一、定律內(nèi)容大小:與r9二、定律說明：1、稱為真空中的磁導(dǎo)率，大小為2、由該定律可得任意載流導(dǎo)線在點P處的磁感強度計算式：3、該定律是在實驗的基礎(chǔ)上經(jīng)過科學(xué)抽象提出來的,不能由實驗直接加以證明,但由該定律得出的結(jié)果都很好地和實驗相符合。二、定律說明：1、稱為真空中的磁導(dǎo)率，大小為2、由該定律10三、應(yīng)用舉例1、載流直導(dǎo)線的磁場三、應(yīng)用舉例1、載流直導(dǎo)線的磁場11討論：1、在導(dǎo)線延長線上,B=02、導(dǎo)線無限長時，3、導(dǎo)線半無限長時，4、由以上結(jié)論可求任意直導(dǎo)線組成的電流系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場。討論：1、在導(dǎo)線延長線上,B=02、導(dǎo)線無限長時，3、122、圓形載流導(dǎo)線的磁場

在圓心：2、圓形載流導(dǎo)線的磁場 在圓心：133、載流直螺線管的磁場3、載流直螺線管的磁場14討論：1、無限長螺線管：2、半無限長螺線管：3、在螺線管軸線中點：討論：1、無限長螺線管：2、半無限長螺線管：3、15小結(jié)小結(jié)169-4磁場的高斯定律一、磁感線1、定義曲線上每一點的切線方向就是該點的磁感強度的方向，通過某點處垂直磁場方向的單位面積上的磁感線數(shù)目等于該點磁感強度的大小。幾種典型載流導(dǎo)線磁感線的分布：9-4磁場的高斯定律一、磁感線1、定義曲線上每一點的切線方172、磁感線的特征(1)磁感線是環(huán)繞電流的閉合曲線，無始無終;(2)任何兩條磁感線在空間不會相交;(3)磁感線的方向與電流的流向遵守右手螺旋法則。2、磁感線的特征(1)磁感線是環(huán)繞電流的閉合曲線，無始無終;18二、磁通量1、定義通過磁場中某一曲面的磁感線數(shù)叫做通過此曲面的磁通量。2、計算式對閉合曲面,規(guī)定外法線方向為正3、單位韋伯Wb1Wb=1二、磁通量1、定義通過磁場中某一曲面的磁感線數(shù)叫做通過此曲面19三、磁場高斯定律定律敘述：通過磁場中任意閉合曲面的磁通量等于零。定律說明：(1)是總的磁感強度,雖然在S面上的通量為零,但在S面上不一定為零。(2)該定律表明了磁場是一種無源場。三、磁場高斯定律定律敘述：通過磁場中任意閉合曲面的磁通量209-5安培環(huán)路定理一、安培環(huán)路定理1、定理敘述2、數(shù)學(xué)表述在穩(wěn)恒磁場中，磁感強度沿任一閉合路徑的線積分等于此閉合路徑所包圍的各電流的代數(shù)和與真空磁導(dǎo)率的乘積。9-5安培環(huán)路定理一、安培環(huán)路定理1、定理敘述2、數(shù)學(xué)表述213、定理說明(1)I的正負規(guī)定:電流的流向與閉合路徑繞行方向滿足右手螺旋法則時,I取正值,反之I取負值;(3)表明磁場不是保守場,在磁場中不能引入勢能的概念。(2)是閉合回路內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的總磁感強度;3、定理說明(1)I的正負規(guī)定:電流的流向與閉合路徑繞行方22解題指導(dǎo)：1、首先根據(jù)電流分布確定磁場分布是否具有對稱性,如有則可求,否則不可求;3、選好積分回路取向,并據(jù)此取向確定回路內(nèi)電流正負。2、選取合適的閉合路徑，使此路徑通過所求點,且在整個路徑上,始終與曲線相切(垂直)或平行或成恒定夾角路徑上的數(shù)值處處相等。可積.總之是使解題指導(dǎo)：1、首先根據(jù)電流分布確定磁場分布是否具有對稱性,如23二、定理應(yīng)用1、螺線管內(nèi)的磁場Babdc長直螺線管選積分回路abcda，則根據(jù)安培環(huán)路定理，可得二、定理應(yīng)用1、螺線管內(nèi)的磁場Babdc長直螺線管選積分回路242、無限長載流圓柱體的磁場（1）圓柱體外IPBrR過P點選如圖積分回路，則（r>R)2、無限長載流圓柱體的磁場（1）圓柱體外IPBrR過P點選如25(2)圓柱體內(nèi)PBrR選積分回路如圖，則（r<R)(2)圓柱體內(nèi)PBrR選積分回路如圖，則（r<R269-6運動電荷在磁場中所受的力——洛倫茲力一、洛倫磁力表達式：特征：1、始終與電荷的運動方向垂直，因此洛倫茲力不改變運動電荷速度的大小，只能改變電荷速度的方向，使路徑發(fā)生彎曲。2、洛倫磁力永遠不會對運動電荷作功9-6運動電荷在磁場中所受的力27二、帶電粒子在均勻磁場中的運動粒子：電量q,質(zhì)量m,初速磁場：1、平行與時粒子作勻速直線運動二、帶電粒子在均勻磁場中的運動282、垂直與時粒子作勻速率圓周運動2、垂直與時粒子作勻速率圓周運動293、與斜交時粒子作螺旋運動3、與斜交時粒子作螺旋運動30小結(jié)1、磁場磁感線磁通量高斯定理無源場2、電流磁效應(yīng)磁場電本質(zhì)安培環(huán)路定理非保守場3、運動電荷與磁場相互作用洛倫力電荷在磁場中的運動小結(jié)1、磁場磁感線磁通量319-7載流導(dǎo)線在磁場中所受的力—安培力一、安培力電流元Idl在磁場中的受力情況f=evBsin一個自由電子受力電流元中的電子數(shù)電流元上的力：9-7載流導(dǎo)線在磁場中所受的力—安培力一、安培力電32因為磁場對電流元Idl作用的力,在數(shù)值上等于電流元的大小、電流元所在處的磁感強度大小以及電流元Idl和磁感強度B之間的夾角的正弦之乘積,方向滿足右手螺旋法則。因為磁場對電流元Idl作用的力,在數(shù)值上等于電流元的大小、電33——安培定律對有限長的載流導(dǎo)線均勻磁場中的直導(dǎo)線——安培定律對有限長的載流導(dǎo)線均勻磁場中的直導(dǎo)線34例1.兩無限長平行載流直導(dǎo)線間相互作用導(dǎo)線

在導(dǎo)線上各點的磁感強度的大小為：作用在電流元的力為：a導(dǎo)線單位長度所受力如何？導(dǎo)線單位長度所受力為：例1.兩無限長平行載流直導(dǎo)線間相互作用導(dǎo)線在導(dǎo)線359-8磁場對載流線圈的作用一、載流線圈磁矩定義:一個載有電流為I面積為S的線圈，其磁矩為：規(guī)定:線圈平面的正法線方向與電流方向滿足右手螺旋法則如線圈有N匝，則9-8磁場對載流線圈的作用一、載流線圈磁矩定義:一個載有電36二、載流線圈在磁場中受力分析圖9-40線圈上下兩邊受力線圈左右兩邊受力形成一磁力矩合力為零