大学物理-第七章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生活中，我们做事之所以会半途而废，往往不是因为难度较大，而是觉得成功离我们较远，确切地说，我们不是因为失败而放弃，而是因为倦怠而失败！,第 七,章,稳 恒 磁 场,学习要点,4,、磁场对电流的作用：,安培力,磁场,对运动电荷的作用：,洛仑兹力,1,、描述磁场的基本物理量,:,磁感强度,3,、描述磁场性质的两条基本定律,磁场的,高斯定律和安培环路定律,2,、电流磁场的基本定律,:,毕奥,-,萨伐尔定律,本章要求,1,、,掌握,磁感强度的概念和毕奥,-,萨伐尔,定律，,能计算,简单电流分布的磁场分布。,2,、,理解,高斯定理、安培环路定理。掌握用安培环路定理计算磁感强度的方法，并能熟练地应用。,3,、理解,洛伦兹力和安培力的公式 ，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动,.,了解磁矩的概念,.,4,、了解,磁介质的磁化现象及其微观解释,.,了解,磁介质中的安培环路定理,.,稳恒磁场（第一讲）,基本内容,二、磁感应强度,三、,毕奥,萨伐尔定律,重点,*,毕奥,萨伐尔定律,的应用,作业：,P,289,1,、,9,、,10,、,11,、,一、电流 电动势,一、电流,电流产生条件,有大量可移动的自由电荷,有电场力的作用,构成回路,单位：,安培，,A,单位时间内通过导体某一横截面的电量,+,+,+,+,+,+,2,电流强度,1,电流,7-1,恒定电流,二、电流密度矢量,该点,正,电荷,运动方向,方向,规定：,大小,规定：等于在单位时间内过该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷,cos,d,d,cos,d,d,d,S,I,S,t,Q,j,=,=,a,a,理解,电子除热运动外，还在电场作用下定向运动。,漂移速度,v,：电子定向运动的速度平均值。,选取一小柱体：,横截面为,S,且与,j,垂直,，导体内电子数密度为,n,。,三、电流与电子漂移速率的关系,1.,定向漂移速度,v,2.,电流的微观表示,则一小段时间内总电子数为：,则该体积内的电荷量为：,所以有：,理解,非静电力,:,能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动,.,电源,：提供非静电力的装置,.,非静电,电场强度,:,为单位正电荷所受的非静电力,.,+,-,+,一、电源,7-2,电源 电动势,电动势的定义：,单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力,所做的功,.,电动势：,+,-,+,二、电动势,理解,电源电动势大小,等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功,.,电源电动势,+,-,+,注意几点,.,静电场是保守场：,非静电场是非保守场：,.,电源是一种能量转换装置，,电池是将化学能,电能,.,电动势是标量,单位：,伏特,V,符号：,电动势方向从电源负极指向正极。,掌握,中国在磁学方面的贡献,最早发现磁现象：磁石吸引铁屑。,春秋战国,吕氏春秋,记载：磁石召铁。,东汉王充,论衡,描述：,司南勺,最早的指南器具。,十一世纪沈括发明指南针，,发现地磁偏角，比欧洲的,哥伦布早四百年。,十二世纪已有关于指南针用,于航海的记载。,司南勺,7-3,磁场 磁感应强度,电流的磁效应,1820,年丹麦科学家奥斯特发现,.,磁现象与电现象有没有联系？,奥斯特,1820,年安培的发现,S,N,F,I,放在磁体附近的载流导线或线圈会受到力的作用而发生运动。,电流与电流之间存在相互作用,I,I,+,+,-,-,I,I,+,+,-,-,1,、电流周围存在着一种特殊物质,-,磁场,运动电荷,运动电荷,磁场,2,、,基本特性：,对位于磁场中的运动电荷产生磁作用力。,3,、,磁场方向：,小磁针受磁力后静止时，,N,极所指的方向。,一切磁现象均起源于电荷的运动。,一 磁场,二 磁感强度 的定义,+,1,、运动电荷在磁场中,两种特殊情况受力图：,沿某一特定直线方向运动受力为,0,垂直于此特定直线运动时受力最大,.,大小与 无关,磁感强度,大小,:,单位：特斯拉,T,方向：,小磁针静止时,N,极的指向。,+,三、磁场作用在运动电荷的力,-,洛伦兹力,注意：,正电荷受力为 方向；,负电荷受力为 反方向。,掌握,一、毕奥,萨伐尔定律,大小,:,方向：,线元,dl,所在处电流的流向。,I,B,r,7-4,毕奥,萨伐尔定律,1,.,电流元,矢量 ：,方向：,的方向。,电流元,在真空某点产生的磁场,2,毕奥,萨伐尔定律,重点,P,*,大小：,P,任意载流导线在点,P,处的磁感强度,磁感强度叠加原理,称为真空中的磁导率，大小为,定律说明,应用毕萨定律解题的方法,4,.,求,B,的分量,B,x,、,B,y,;,求总场。,5,.,由,3,.,确定电流元的磁场：,2,.,建立坐标系,;,1,.,分割电流元,;,计算一段载流导体的磁场,熟练掌握,例,1,、求,载流直导线周围的磁场,.,解,:,微元,Idl,在,P,点产生的磁感应强度为,二,毕奥萨伐尔定律应用举例,把上两式代入,可得,的方向沿,x,轴的负方向。,注意：,和 的物理意义,。,讨论,:,掌握,(1),无限长载流长直导线的磁场,:,电流与磁感强度成,右螺旋关系。,I,B,I,B,X,(2),半无限长载流长直导线的磁场,:,*,P,(3),载流直导线的,延长线上，,B = 0,（,4,）,由以上结论可求任意直导线组成的电流系统产生的磁场。,练习,：,a,o,o,a,真空中,半径为,R,的载流导线,通有电流,I,称,圆电流,.,求,圆心,O,的磁感强度,.,例,2,、,圆形载流导线的磁场,.,O,解,:,方向：,垂直纸面朝外。,与电流满足右手螺旋定则。,B,书例,2,熟练掌握,R,(3),o,I,I,R,o,(1),x,推,广,组,合,o,(2),R,I,熟练掌握,A,d,(4),*,o,I,(5),*,熟练掌握,练习,：计算组合载流导体在,o,点的磁感应强度。,解：,o,点,B,由三段载流导体产生。,规定向里为正向，,掌握,思考：,P,I,o,I,方向,:,方向,:,练习：,两根长直导线沿铜环的半径方向引向环上的,a,，,b,两点，如图所示，并且与很远的电源相连。设圆环由均匀导线弯曲而成，电源电流为,I,，,求各段载流导线在环心,O,点产生的磁感强度以及,O,点的合磁场的磁感强度。,方向垂直环面向里。,I,2,在,O,点产生,B,2,：,方向垂直环面向外。,作业,7-10,解：因为,O,点在长直导线的延长线上，故载流直导线在,O,点产生的磁感应强度为零。,I,在,O,点产生,B,：,由于两段圆弧形导线是并联的，所以,即：,因此,B,1,=,B,2,而方向相反，所以,O,点的磁感应强度：,这就是我们下面这节课学习的内容,:,磁场是什么性质的场呢？,磁场的,高斯定理,磁场,安培环路定理,稳恒磁场（第二讲）,基本内容,一、磁场通量,二、磁场中的高斯定理,重点,三、磁场中的安培环路定律,* 磁场通量的计算,* 磁场中的安培环路定律的应用,作业：,P,289,2,、,3,、,4,、,15,、,17,、,18,、,19,7-5,磁通量 磁场的高斯定理,一、磁感应线,磁力线上某点的,切线方向,为该点,B,的方向。,穿过垂直于磁力线的单位面积的磁力线数等于,B,的,大小,1,、规定：,2.,几种典型的磁感应线,I,S,N,S,N,I,3.,磁感应线的特征,(1),磁感应线是环绕电流的,闭合曲线,，无始无终,;,(2),任何两条磁感应线在空间,不会相交,;,(4),磁感应线的方向与电流的流向遵守,右手螺旋法则。,(3),磁感应线的,疏密,表示磁感强度的大小，,切线方向表示磁感应线方向；,二 磁通量的计算,单位：,韦伯,Wb,穿过一面元的磁通量,掌握,磁通量：,通过某曲面的磁感线数,一般情况,解：,如图选取微元，则此处,通过此微元的磁通量为,通过此线圈的磁通量为,作业,7-15,例,如图载流长直导线的电流为,试求,通过矩形面积的磁通量,.,三 磁场高斯定理,掌握,由于磁力线为闭合曲线，穿入穿出闭合面的磁力线根数相同，正负通量抵消。,磁场是无源场，磁力线为闭合曲线，磁场是涡旋场。,磁场与电场有本质的区别，电场为保守场，是有源场，电力线是发散的。,磁通量的计算：,例、在均匀磁场,B,中，有一半径为,R,的半,球面，,B,与半球面的轴线平行，求通,过该半球面的磁通量。,解：由高斯定理,R,作业,7-2,无源场,有源场,保守场（无旋场）,？,静电场,恒定磁场,静电场与恒定磁场性质的比较,L,由于环路上各点的,B,大小相等；且,B /,d,l,；,I,以导线为轴在垂直于导线的平面内作,圆环路,7 -6,安培环路定理,特例：,以无限长载流直导线为例,。,推广：,1,）环路为任意形状，与形状无关；,2,）回路中包围有任意电流，与电流数多少无关。,一、安培环路定理,电流方向与环路方向满足右手定则电流,I,取正；反之取负。,1,.,电流正负规定,掌握,3,.,环流,:,只与环路,内,的电流,有关,，,而与环路,外,电流,无关,。,B:,环路上一点的磁感应强度与环路,内外,电,流都,有关,。,5,.,若,环路上各点的,B,不一定,都为,0.,6,.,若,环路内,不一定,无电流。,2,.,:,为环路,内,的电流代数和。,问,1,） 是否与回路 外电流有关？,2,）若 ，是否回路 上各处,？,是否回路 内无电流穿过？,练习,解题指导：,1,、,场对称性分析,:,如有,对称性,则可求；,2,、,选,合适,的环路,：,可积。,目的,:,使,3,、,确定环路内,电流代数和,；,4,、,用环路定理列方程求解。,B,大小相等,熟练掌握,