大学物理第5章电流与磁场教学.ppt

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1、第五章电流与磁场,研究:稳恒磁场的基本性质及基本定律,5.1 稳恒电流,一、电流强度与电流密度,1、电流,电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。,2、电流强度：单位时间里通过导体某一截面的电量：,形成电流的条件:1)导体中有载流子；2)导体中有电场存在或导体两端有电势差.,2、电流密度,电流密度:通过垂直于正电荷运动方向的单位面积的电流强度:,电流密度与载流子的运动速度的关系:,电流密度为矢量,其方向沿正电荷运动的速度方向:,电流密度反映了电流在载流导体内的分布:,电流线:形象反映导体中电流的分布。,3、电流强度与电流密度的关系:,4、稳恒电流的条件：,二、电源及电源电动势,1、电源,非静电

2、力：,非静电场的场强,电源：能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的装置.,2、电源的电动势,在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功：,闭合回路的电动势：,5.2 磁场与磁感应强度,一、磁现象的本质,1、磁现象,早期观测的磁现象,奥斯特实验（1819年）,在载流导线附近的小磁针会发生偏转,安培实验（1820年）,（1）磁体附近的载流导线受到力的作用：,（2）电流与电流之间存在相互作用：,S,+,（3）磁场对运动电荷的作用：,N,2.磁现象的本质,一切磁现象都起源于运动电荷（电流），磁相互作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。,分子环流：电子绕原子核运动和电子自旋

3、所形成的电流。物质的磁性取定于物质中分子电流的磁效应之总和。,二、磁场,1.磁相互作用的场的观点,2.磁场：,3.磁场的基本性质：,对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用。,运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。,三、磁感应强度,描述磁场性质的物理量,Fmax,定义磁感应强度的大小：,定义磁感应强度的方向：,5.3 磁场的高斯定理,一、磁感应线,1.定义,2.性质,1）永远闭合（与电流相互套联）2）永不相交,二、磁通量,通过磁场中任一给定曲面的磁力线总数，称为通过该曲面的磁通量,闭合曲面：,三、磁场的高斯定理,穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零,高斯定理表明，磁场是无源场.,5.4 毕奥萨

4、伐尔定律,一、毕奥萨伐尔定律,电流元:,(o=4 10-7 TmA-1),二、毕奥萨伐尔定律的应用,1.解题要点,由毕-萨定律,P 点的 大小为,由于直导线上所有电流源在P点产生的 方都相同，所以,2.两种典型载流导线的磁场（I）,（1）载流直导线的磁场：,！,讨论（！）：1、直电流在其线上或延长线上产生 为零；2、“无限长”：3、“半无限长”：,在O点产生的 大小为,由于载流圆形线圈上所有电流源在O点产生的磁感应强度方向都相同,所以,（2）载流圆线圈的磁场（圆心）,讨论（！）：1、圆电流在圆心处产生的磁场：2、半径为，中心角为 的载流圆弧在圆心处产生的磁场:,例5-1 如图，已知：I，a，b

5、，l，求：通过矩形平面的磁通量。,例5-2 如图所示，一根无限长的直导线，通有电流，中部一段弯成半径为 的圆弧。求圆弧中心 点处的磁感应强度。,例5-3 如图所示，和两个正交放置的圆形线圈，其半径为为 R，电流均为I。求中心 O 点处的磁感应强度。,5.5 安培环路定理,一、安培环路定理,无限长直电流的磁场：,一般情况：,二、安培环路定理的应用,求解具有对称性的磁场分布,1、解题要点:,2.几种常见电流的磁场（II）,（1）无限长圆柱形载流导体的磁场,（2）长直螺线管的磁场,（3）螺线环内的磁场,同轴电缆磁场分布？,O,R1,I,R2,I,5.6 安培定律,一、安培定律,二、载流导线所受磁场力

6、,例5-6 无限长直载流导线通有电流 I1，在同一平面内有长为L的载流直导线，通有电流I2。求长为L的导线所受的磁场力。,三、载流线圈所受磁力矩,矩形线圈,一般平面线圈：,线圈的磁矩：,（N 匝）,1、磁力对运动载流导线的功,四、磁力的功,2、磁力对转动载流线圈的功,一般情况：,5.7 洛伦兹力,基本了解,一、洛仑兹力,一般情况：,结论,大小：,方向：,（1）运动方向与磁场方向平行,二、带电粒子在均匀磁场中的运动,匀速直线运动,（2）运动方向与磁场方向垂直,匀速圆周运动,周期,半径,（3）运动方向沿任意方向,螺距,沿螺旋线轨道运动,半径,三、应用电场和磁场控制带电粒子的实例,1、质谱仪,速度选择,质谱分析：,2、磁聚焦,与速度方向无关。,3、磁约束,极光：,由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象,在地磁两极附近,由于磁感线与地面垂直,外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内,它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光.,绚丽多彩的极光,四、霍耳效应,1、霍耳效应现象,+,3、霍耳效应的应用,1）测量磁场,2）判别半导体的类型,3）磁流体发电,