大学物理磁场-ppt课件.ppt
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- 大学物理 磁场 ppt 课件
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1、1ppt课件1、17世纪,吉尔伯特、库仑曾认为:电与磁无关!世纪,吉尔伯特、库仑曾认为:电与磁无关!10.1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度一、磁力与磁现象一、磁力与磁现象2、1820年奥斯特实验:实验表明,电流可以对磁铁电流可以对磁铁施加作用力施加作用力。二、物质磁性的起源二、物质磁性的起源安培分子电流假说安培分子电流假说组成磁铁的最小单元(磁分子)就是环形电流组成磁铁的最小单元(磁分子)就是环形电流。电流 磁场 电流2ppt课件xyzo运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场0F二二 磁磁 感感 强强 度度 的的 定定 义义B+v 带电粒子在磁场中运带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有
2、动所受的力与运动方向有关关. 实验发现带电粒子在实验发现带电粒子在磁场中沿某一特定直线方磁场中沿某一特定直线方向运动时不受力,此直线向运动时不受力,此直线方向与电荷无关方向与电荷无关.+vvv3ppt课件 带电粒子在磁场中沿带电粒子在磁场中沿其他方向运动时其他方向运动时 垂直垂直于于 与特定直线所组成与特定直线所组成的平面的平面.Fv 当带电粒子在磁场中当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时垂直于此特定直线运动时受力最大受力最大.FFFmaxqmFvq 沿此直线运沿此直线运动时动时0mFB vqFmax大小与大小与 无关无关v, qvqFmax4ppt课件 磁感强度磁感强度 的定义:的定义:
3、当当正电荷垂直于正电荷垂直于 特定直线运动特定直线运动时,受力时,受力 将将 方方向定义为该点的向定义为该点的 的方向的方向. B,maxFvmaxFB磁场服从磁场服从叠加原理叠加原理iiBBvqFBmax磁感强度大小磁感强度大小单位单位 T 或或 Gs 1Gs =10 4 T+qvBmaxF5ppt课件EqF0020041rrdqqF020041rrdqqFE12121211220124LrrldIldIFd121212110224LrrldIldIBldIFd22121212121104LrrldI6ppt课件20rrlId4Bd270104NA 真空磁导率真空磁导率20sind4drlI
4、B 叠加原理叠加原理LBBdiBB总10.2 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律IP*lIdBdrlIdrBd毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律大小:大小:7ppt课件l 2 1例题例题求:直线电流的磁场分布。求:直线电流的磁场分布。Iar2rrlId4Bd020sind4drlIB 方向方向 Par sin0lId sinar ctgal-l 2sinddal 21dsin40aIB 210coscos4 aI L 则则 1=0 2= aIB 20 方向:方向:右手定则右手定则 无限长无限长半无限长半无限长21,2a4 IB0延长线上:延长线上:oB 8ppt课件求:圆电流轴线上的磁感应强度。求:圆
5、电流轴线上的磁感应强度。例题例题对称性分析:对称性分析:Ix20d4drlIBrBdBBlIdpRo*9ppt课件L20dl4IsinlIdrxBdBd/dB0dBB30d4drrlIB 20d4drlIB dBcosdB dBsindB/dBBRR 2x22sinxRRrR 2322202xRiIRB IB10ppt课件2322202)(RxIRBRIB20 3)0 x2) 的方向不变的方向不变( 和和 成成右螺旋右螺旋关系)关系)0 xBIB1)若线圈有)若线圈有 匝匝N2322202)(RxIRNB讨讨论论x*BxoRI11ppt课件一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。一段圆弧圆电流在其
6、曲率中心处的磁场。rRIab30d4drrlIB 方向方向 20d4dRlIB 204RabIB 解解:I dlRab 12ppt课件oI2R1R(5)* Ad(4)*o(2R)I+R(3)oIIRo(1)RIB200RIB400RIB8001010200444RIRIRIBdIBA40 x0B13ppt课件+ + + + + + + +pR+ +*例例 载流直螺线管的磁场载流直螺线管的磁场 如图所示,有一长为如图所示,有一长为l , 半径为半径为R的载流密绕直螺的载流密绕直螺线管,螺线管的总匝数为线管,螺线管的总匝数为N,通有电流,通有电流I. 设把螺线管设把螺线管放在真空中,求管内轴线上一
7、点处的磁感强度放在真空中,求管内轴线上一点处的磁感强度.2/322202)(RxIRB解解 由圆形电流磁场公式由圆形电流磁场公式oxxdx14ppt课件op1xx2x+ + + + + + + + +2/32220d2dxRxInRBcotRx 2222cscRxR212/32220d2dxxxRxRnIBBdcscd2Rx21dsin20nI2133230cscdcsc2RRnIB2115ppt课件120coscos2nIB 讨讨 论论(1)P点位于管内点位于管内轴线中点轴线中点212/ 1220204/2cosRllnInIB2222/2/cosRll21coscosnIB0Rl 若若16
8、ppt课件(2) 无限长的无限长的螺线管螺线管 nIB021(3)半无限长半无限长螺线管螺线管0,221或由或由 代入代入0,21120coscos2nIBnI021xBnI0OnIB017ppt课件例题例题Ia宽度为宽度为 a 的无限长金属平板,均匀通电流的无限长金属平板,均匀通电流I,将板细分为许多无限长直导线将板细分为许多无限长直导线每根导线宽度为每根导线宽度为 d x 通电流通电流xaIidxiB 20 d解解:建立坐标系建立坐标系x所有所有dB 的方向都一样:的方向都一样: dadaxxIB 20d求:图中求:图中P点的磁感应强度。点的磁感应强度。axxI 20d ddaaI ln
9、20Pd0 xPd18ppt课件用相同的导线组成的一导电回路,由半径为R的圆周及距圆心为R/2的一直导线组成如图,若直导线上一电源,且通过电流为I,则圆心处的磁应强度B的大小为:( ) (A) 0I/(2R) (B)0 (C)3 0I/(2 R) 3/ )(D) 0I/(2R)(1+ RO R/2(C)19ppt课件021BBBIB 1I圆弧部分在圆弧部分在O点处的磁场:点处的磁场:圆弧部分在圆弧部分在O点处的磁场:点处的磁场:直线部分在直线部分在O点处的磁场:点处的磁场:20ppt课件一、磁感应线一、磁感应线ItrB1 1、定义:曲线上每一点的切线方向就是、定义:曲线上每一点的切线方向就是该
10、点的磁感强度的方向,通过某点处该点的磁感强度的方向,通过某点处垂直磁垂直磁场方向的单位面积上场方向的单位面积上的磁感线数目等于该点的磁感线数目等于该点磁感强度的大小。磁感强度的大小。2、磁感应线特点、磁感应线特点(1) (1) 无头无尾的无头无尾的闭合曲线闭合曲线. .(2)(2)任何两条磁感线在空间不会相交任何两条磁感线在空间不会相交; ;(3)(3)磁感线的方向与电流的流向遵守磁感线的方向与电流的流向遵守右右手螺旋法则手螺旋法则。10.3 磁场的高斯定理和环路定理磁场的高斯定理和环路定理21ppt课件二、磁通量二、磁通量1 1、定义、定义通过磁场中某一曲面的磁感线数叫做通过此曲面通过磁场中
11、某一曲面的磁感线数叫做通过此曲面的磁通量。的磁通量。2 2、计算式、计算式mssBdSBds cos 对闭合曲面对闭合曲面, ,规定外法线方向为正规定外法线方向为正3 3、单位、单位 韦伯韦伯 WbWb211mTWb 22ppt课件三、磁场高斯定律三、磁场高斯定律定律叙述:定律叙述: 通过磁场中任意闭合曲面的磁通量等于零。通过磁场中任意闭合曲面的磁通量等于零。定律说明:定律说明:(1) (1) 是总的磁感强度是总的磁感强度, ,虽然虽然 在在S S面上的通量为零面上的通量为零, ,但在但在S S面面上上 不一定为零。不一定为零。(2)(2)该定律表明了磁场是一种无源场。该定律表明了磁场是一种无
12、源场。SSB0dBBB23ppt课件1、在磁感应强度为在磁感应强度为B B的均匀磁场中作一半径的均匀磁场中作一半径为为r r的半球面的半球面S,SS,S边线所在平面的法线方向单边线所在平面的法线方向单位矢量位矢量 与与B B的夹角为的夹角为,则通过半球面,则通过半球面S S的的磁通量大小为:磁通量大小为:0)(cos)(sin)(2)()(2222EBrDrCBrBBrA(D)SBn课堂练习n24ppt课件 2 2、如图长直导线载有电流、如图长直导线载有电流I I,则穿过与其共面,则穿过与其共面的矩形面积的矩形面积CDEFCDEF的磁通量为的磁通量为 . . D E CF l a b IABa
13、bIlln2025ppt课件四四 安培环路定理安培环路定理lRIlBld2d0oIRl 设闭合回路设闭合回路 为圆形为圆形回路回路( 与与 成成右右螺旋螺旋)IlllllRIlBd2d0IlBl0dBldRIB20 载流长直导线的磁感强载流长直导线的磁感强度为度为?llBd26ppt课件oIRBldlIIlBl0200d2dd2d2d00IrrIlB若若回路绕向化为回路绕向化为逆逆时针时,时针时,则则对任意形状的回路对任意形状的回路IlBl0drldB 与与 成成右右螺旋螺旋lIlId27ppt课件Ild2dd02211IlBlB0dd2211lBlB0dlBl电流在回路之外电流在回路之外20
14、210122rIBrIB,d1dl1r2r2dl1B2B28ppt课件 多电流情况多电流情况321BBBB 以上结果对以上结果对任意任意形状形状的闭合电流(伸向无限远的闭合电流(伸向无限远的电流)均成立的电流)均成立.)(d320IIlBl1I2I3Il 安培环路定理安培环路定理niiIlB10d29ppt课件安培环路定理安培环路定理niiIlB10d 即在真空的稳恒磁场中,磁感应强度即在真空的稳恒磁场中,磁感应强度 沿任沿任一闭合路径的积分的值,等于一闭合路径的积分的值,等于 乘以该闭合路径乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和所包围的各电流的代数和.B0 电流电流 正负正负的规定的规定 :
15、与与 成成右右螺旋时,螺旋时, 为为正正;反反之为之为负负.IILI注意注意30ppt课件)(210II 问问 1) 是否与回路是否与回路 外电流有关外电流有关?LB3I2I1IL1I1I)(d21110IIIIlBL2)若若 ,是否回路,是否回路 上各处上各处 ? 是否回路是否回路 内无电流穿过内无电流穿过?0BL0d lBLL?llBd31ppt课件静磁场静磁场高斯定理高斯定理环路定理环路定理涡旋场涡旋场无源场无源场磁荷(磁单极)磁荷(磁单极)不存在不存在电流以涡旋方式电流以涡旋方式激发磁场激发磁场32ppt课件思考题思考题为什么两根通有大小相等方向相为什么两根通有大小相等方向相反电流的导
16、线扭在一起能减小杂反电流的导线扭在一起能减小杂散磁场?散磁场? 33ppt课件由安培环路定理有:由安培环路定理有: ,但并不,但并不能说导线外的任一点能说导线外的任一点B0,只有当两导,只有当两导线成具有高度对称性时(如同轴电缆),线成具有高度对称性时(如同轴电缆),B0,因此,当把两导线扭在一起时,因此,当把两导线扭在一起时,可增加对称性,以减小导线外的可增加对称性,以减小导线外的B,即,即减小杂散磁场减小杂散磁场 0ldB 34ppt课件两根长直导线通有电流两根长直导线通有电流I I,图示有三种环路;在,图示有三种环路;在每种情况下,每种情况下, (对于环路(对于环路a a);); (对于
17、环路(对于环路b b);); (对于环路(对于环路c c)。)。0I020I lB d课堂练习35ppt课件Ba120bcdIIL 如图所示,两根直导线如图所示,两根直导线ab和和cd沿半径方向被接到沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上,稳恒电流一个截面处处相等的铁环上,稳恒电流I从从a端流入而端流入而从从d端流出,端流出, 则磁感应强度则磁感应强度沿图中闭合路径沿图中闭合路径L的积分的积分LlBd等于等于 (A) I0 (B) I031(C) I041 (D) I032(D)36ppt课件二、二、 安培环路定理的应用安培环路定理的应用用来求解具有高度对称的磁场用来求解具有高度对称的磁场例
18、题例题求:无限长圆柱面电流的磁场求:无限长圆柱面电流的磁场ILRr解:对称性分析解:对称性分析磁感应线是磁感应线是 位于垂直平面上的同心圆,选环路位于垂直平面上的同心圆,选环路LlB dRrI0 Rr 0lB drB 2RrrI 20BRr 037ppt课件RI例例2 无限长载流圆柱体的磁场无限长载流圆柱体的磁场解解 1)对称性分析对称性分析 2)选取回路选取回路Rr IrB02rIB20IRrlBRrl220d0IRrrB2202202RIrBIlBl0dIBdId.BRLrRB38ppt课件,0Rr,Rr 202RIrBrIB20RIRI20BRor 的方向与的方向与 成右螺旋成右螺旋BI
19、39ppt课件求:均匀密绕无限长直螺线管的磁场求:均匀密绕无限长直螺线管的磁场(已知已知 n 、I)对称性分析螺旋管内为均匀场对称性分析螺旋管内为均匀场 , 方向沿轴向方向沿轴向, 外外部磁感强度趋于零部磁感强度趋于零 ,即,即 .0B例题例题40ppt课件 与轴平行与轴平行!I解:对称性分析解:对称性分析管内垂轴管内垂轴平面上任意一点平面上任意一点 垂直平面垂直平面BL Babcd有限长的螺线管当有限长的螺线管当 LR ,在中部也有此结果在中部也有此结果20nIB BadcbdcbaLBBBBBl dl dl dl dl dabBlBLdIabn0 nIB0 在端部在端部 41ppt课件练习
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