磁场、磁感应强度、毕萨定律new共52张课件.ppt

教材：10.1、 10.2与10.3节； 10.5节不要求，但书上例题10-1的方法二“匀速圆周运动电荷等效环电流方法”要求掌握。作业：练习14,一、磁现象、磁场 二、磁感应强度、 洛伦茨力三、磁力线、磁通量、磁场中的高斯定理四、毕奥-萨伐尔定律五、毕-萨定律的应用,教材：10.1、 10.2与10.3节； 10.5节不要求,结构框图,重点,基本概念：磁感应强度，磁通量，电流磁矩，基本规律：磁场叠加原理，毕萨定律及其应用， 稳恒磁场高斯定理和环路定理,基本计算：稳恒磁场 分布， 洛仑兹力，安培力，磁力矩，,结构框图运动电荷间的相互作用磁场 稳恒磁场磁感应毕-,运动电荷的电场,运动电荷的磁场,静电荷,运动电荷,稳恒电流,稳恒磁场,运动电荷的电场运动电荷的磁场静电荷 运动电荷 稳恒电流,一、磁现象、磁场(magnetic field),电流的磁效应 ：,天然磁石：同极相斥、异极相吸,题为关于磁针上电流碰撞的实验的论文。,寻找“磁单极子”（magnetic monopole）是当今科学界面临的重大课题之一。,一、磁现象、磁场(magnetic field) S,【动画】,电流与电流之间的相互作用,I,磁场对运动电荷的作用,电子束 NS+【动画】电流与电流之间的相互作用 I磁场,（ 1）天然磁体周围有磁场；（ 2）通电导线（或线圈）周围有磁场；（ 3）运动电子束周围有磁场。,表现为：使小磁针偏转,表现为：相互吸引排斥偏转等,（ 4）通电线能使小磁针偏转；（ 5）磁体的磁场能给通电线以力的作用；（ 6）通电导线之间有力的作用；（ 7）磁体的磁场能给通电线圈以力矩作用；（ 8）通电线圈之间有力的作用；（9）天然磁体能使电子束偏转。,1、基本磁现象(magnetic phenomenon),（ 1）天然磁体周围有磁场；表现为：表现为：（ 4）通电线能,分子电流,等效环形电流,2、安培分子环流假设,1820年安培发现磁体对电流作用和电流之间相互作用，提出一切磁现象都起源于电流，一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流。,安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。,分子电流等效环形电流2、安培分子环流假设 1,所有磁现象可归结为,运动电荷 A,A 的磁场,B 的磁场,运动电荷 B,+,运动电荷（或磁铁、电流）,运动电荷（或磁铁、电流）,所有磁现象可归结为运动电荷A 的B 的产生作于用产生作于用运,二、磁感应强度(magnetic induction) 、洛伦茨力,1、磁场对外的重要表现为：, 磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力作用 载流导体在磁场中移动时，磁力将对载流导体作功，表明磁场具有能量。,实例,二、磁感应强度(magnetic induction),带电粒子在磁场中所受的力与运动方向有关.,实验发现带电粒子在磁场中沿某特定直线（零力线）方向通过磁场时不受力，此直线方向与试探电荷的电量和运动速率无关。,2、磁 感 强 度 的 定 义,磁场运动电荷或载流导体有磁力作用 。运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力。,任一点P的磁感应强度的方向,把这条零力线规定为点P 的磁感应强度的方向。,带电粒子在磁场中所受的力与运动方向有关.实验发现带电粒子在磁, 点P的磁感应强度的大小,大小与 无关，跟零力线一样反应了磁场的基本属性。,磁感强度大小,单位 特斯拉,当带电粒子在磁场中垂直于零力线运动时受力最大,工程单位常用高斯（G）, 点P的磁感应强度的大小 大小与 无关，跟, 点P的磁感应强度的指向,磁感应强度沿着零力线，可能的方向有两个。,0 时Fm= 0,实验表明,时Fm达到最大值,磁感强度 的方向定义：当正电荷垂直于零力线运动时，受洛伦茨力最大。磁感应强度的方向为 的方向。,零力线, 点P的磁感应强度的指向 磁感应强度沿着零力线，可能的方向,磁感强度 的方向定义：当正电荷垂直于零力线运动时，受洛伦茨力最大。磁感应强度的方向为 的方向。,力、速度、磁感应强度三个矢量构成了叉乘关系（右手螺旋法则判断方向），详情如何？,+q0磁感强度 的方向定义：当正电荷垂直于零力线,3、洛伦茨力,运动电荷在磁场中受洛伦茨力,3、洛伦茨力 运动电荷在磁场中受洛伦茨力 +,1.磁力线(magnetic induction line)(磁感应线或 线),三、磁通量 磁场中的高斯定理,磁感应线,1.磁力线(magnetic induction line),通过小垂直面元 的磁力线数目dm与的比值称为磁感应线密度。我们规定磁场中某点的磁感应线密度数值上等于该点磁感应强度的大小,性质,磁感应线是无头无尾的闭合曲线磁场中任意两条磁感应线不相交。磁感应线与电流线（载流回路）相互套联（方向关系可以分别用右手定则表示）,通过小垂直面元 性质 磁感应线是无头无尾的闭合曲线,直线电流的磁感应线,磁感应线是无头无尾的闭合曲线磁场中任意两条磁感应线不相交。磁感应线与电流线（载流回路）相互套联（方向关系可以分别用右手定则表示）,直线电流的磁感应线III磁感应线是无头无尾的闭合曲线,圆电流的磁感应线,磁感应线是无头无尾的闭合曲线磁场中任意两条磁感应线不相交。磁感应线与电流线（载流回路）相互套联（方向关系可以分别用右手定则表示）,BI圆电流的磁感应线SNI磁感应线是无头无尾的闭合曲线,通电螺线管的磁感应线,通电螺线管的磁感应线ISNI,中子星的磁感应线,C 型、 U 型永磁体的外部磁感应线,中子星的磁感应线C 型、 U 型永磁体的外部磁感应线,2、磁通量（magnetic flux）,磁场中某点处垂直 矢量的单位面积上通过的磁感线数目等于该点 的数值。,磁通量：穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数,单位,非闭合面,2、磁通量（magnetic flux） 磁场中某点处垂直,物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零 （磁力线是无头无尾的闭合回线，磁场是无源的.）,闭合面情况（对封闭曲面，规定法线指向外。）,3. 磁场的高斯定理,物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零闭合面情况,磁感应线是闭合的，因此它在任意封闭曲面的一侧穿入，必在另一侧全部穿出。,磁感应线是闭合的，因此它在任意封闭曲面的一侧,电流元（current element）,真空磁导率,四、毕奥-沙伐尔定律,在空间产生的磁场,P*电流元（current element）真空磁导率,毕奥-萨伐尔定律,该定律仅适用于稳恒电流元。,该定律为实验定律，是由实验数据归纳得出。,该式中电流元不能在它自身方向上激发磁场。,其中 为真空磁导率。,（BiotSavart Law）,类比叠加法求场强与叠加法求磁感应强度,毕奥-萨伐尔定律该定律仅适用于稳恒电流元。该定律为实验定,比例系数,比例系数,电场分布的一般计算方法,磁场分布的一般计算方法,比例系数比例系数电场分布的一般计算方法磁场分布的一般计算方法,+,+,+,1、5 点 ：,3、7点 ：,2、4、6、8 点 ：,毕奥萨伐尔定律(Biot-Savarts law),12345678例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.+,毕奥-沙伐尔定律的应用,载流直导线的磁场,已知：真空中I、1、2、a,建立坐标系OXY,任取电流元,大小,方向,统一积分变量,XY毕奥-沙伐尔定律的应用载流直导线的磁场已知：真空中I、,或：,注意角度的定义,XYaP或：注意角度的定义,无限长载流直导线,半无限长载流直导线,电流与磁感强度成右螺旋关系,无限长载流直导线半无限长载流直导线 电流与磁感强度成,无限长载流直导线,半无限长载流直导线,那么直导线延长线上,无限长载流直导线半无限长载流直导线那么直导线延长线上+思考,圆型电流轴线上的磁场,已知 R、I，求轴线上P点的磁感应强度。,I,p,*,任取电流元,由对称性写出分量式,大小,方向,圆型电流轴线上的磁场已知 R、I，求轴线上P点的磁感应强度,统一积分变量,结论,统一积分变量 结论 方向： 右手螺旋法则 大小：p*,3）,4）,2） 的方向不变( 和 成右螺旋关系）,1）若线圈有 匝,3）4）2） 的方向不变(,推导：,已知载流圆环在圆心处,那么载流圆弧,圆环圆心角,圆心角,推导：已知载流圆环在圆心处 那么载流圆弧I圆环圆心角,1、原始的由毕萨定律计算稳恒电流的磁场分布的解题步骤,选取合适的电流元,（根据已知电流的分布与待求场点的位置）,选取合适的坐标系,要根据电流的分布与磁场分布的的特点来选取坐标系，其目的是要使数学运算简单；,写出电流元产生的磁感应强度,（根据毕奥萨伐尔定律）,一般说来，需要将磁感应强度的矢量积分变为标量积分，并选取合适的积分变量，来统一积分变量。,根据叠加原理计算磁感应强度的分布,1、原始的由毕萨定律计算稳恒电流的磁场分布的解题步骤选取,【习题类型2】：简单导线组合,载流圆弧在圆心处,圆心角,无限长载流直导线,有限长载流直导线,直导线延长线上,半无限长载流直导线,【习题类型2】：简单导线组合载流圆弧在圆心处I 圆心角无限长,+,x,oI（5）* Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（,求圆心O点的如图， OI,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.,解 先求 ，对变磁场给 出 后积分求,例 如图载流长直导线的电流为 , 试,五、运动电荷的磁场（课外）,毕 萨定律,运动电荷的磁场,+,+五、运动电荷的磁场（课外）毕 萨定律 运动电荷的磁场实用,习题类型3：匀速圆周运动电荷等效环电流（必须掌握）,根据 I 定义：,运动电荷的磁场,【课外】,习题类型3：匀速圆周运动电荷等效环电流（必须掌握）根据 I,例1.氢原子中电子绕核作圆周运动,求: 轨道中心处,解:方法1 课外，不作要求,又,方向,方向,方法2 必须掌握,例1.氢原子中电子绕核作圆周运动求: 轨道中心处已知解:方法,例2、均匀带电圆环,求圆心处的,解：,带电体转动，形成电流。,例2、均匀带电圆环qR已知：q、R、圆环绕轴线匀速旋转。求圆,解法一 圆电流的磁场,向外,例3 半径 为 的带电薄圆盘的电荷面密度为 , 并以角速度 绕通过盘心垂直于盘面的轴转动 ，求圆盘中心的磁感强度.,向内,解法一 圆电流的磁场向外 例3,解法二 运动电荷的磁场,解法二 运动电荷的磁场,在太阳黑子上观察到光谱线的塞曼效应，证实存在有 0.4 T 的强磁场。假设该磁场是由一个半径为107m的等离子体构成的盘形体以 310-2 rad / s 的角速率旋转激发的。求等离子体密度、旋转盘的等效电流。,解：,场源的物理模型是旋转的均匀带电圆盘,将其分割成一圈圈的微分电流环,利用圆电流在轴线上一点的磁感应强度表达式,则,在太阳黑子上观察到光谱线的塞曼效应，证实存在,在圆盘中心附近（x 0）,代入本题的条件,得：2 C / m2,旋转盘的等效电流,在圆盘中心附近（x 0） R = 107m = 31,磁场、磁感应强度、毕萨定律new共52张课件,磁场、磁感应强度、毕萨定律new共52张课件,磁场、磁感应强度、毕萨定律new共52张课件,docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu,更多精品资源请访问,docin/sanshengshiyuan 更多精品,