大学物理稳恒磁场课件讲义.ppt

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1、第14章稳恒磁场同极相斥异极相吸磁性材料：磁铁磁石等、14.1基本磁现象一、人类最早认识到的磁现象N、S极,同号相斥,异号相吸两极共存地磁在地磁两极附近，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IIII志同道合1820年奥斯特实验说明电流具有磁效应法国物理学家迅速行动代表人物：阿拉果安培毕奥-萨伐尔拉普拉斯二、电流的磁效应安培发现电流在磁场中受力磁针的一跳从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间说明科学家的锲而不舍的精神通电螺线管像一

2、块条形磁铁IINS三、磁现象的本源：一切磁现象均起源于电荷的运动一、磁场电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：1）对运动电荷(或电流)有力的作用2）磁场有能量14.2磁场磁感应强度运动电荷运动电荷磁场B值大小和方向的实验确定1)将一检验电荷q置于任一点P处，测其受力Fe，然后测q以任一v通过P点所受力F，有F-Fe求出Fm；2)令q以不同方向通过P点，重复1)测Fm，当Fm=0时(即不受磁力)时q运动的方向(或反向)即定义为B的方向；二、磁感应强度B3)实验得到Fm的方向总与B和v方向垂直，因此进一步规定B的方向使得

3、的方向正是Fm的方向；4)用α表示B和v方向之间夹角，实验得到Fm和qvsinα的比值只与场点有关，定义为磁感应强度B的大小表示为：当B和V相互垂直时：大小:运动电荷在磁场中受力：当带电粒子在磁场中某点沿某一特定方向运动不受力时，该方向定义为该点的方向。方向：B的SI单位：特斯拉（T）磁感应强度的定义磁感应强度方向还有各种定义方法，除上述方法外，我们还可以右手螺旋定则来定义。B的SI单位：特斯拉人体磁场：10-12T地球两极附近：610-5T太阳表面：10-2T大型电磁铁：1-2T超导电磁铁：5-40T电视机内偏转磁场：0.1

4、T14.3毕奥－萨伐尔－拉普拉斯定律要解决的问题是：已知任一电流分布其磁感应强度的计算方法：将电流分割成许多电流元静电场:取磁场：取I?毕奥－萨伐尔定律!!磁场叠加原理!!?毕奥－萨伐尔根据电流磁作用的实验以及拉普拉斯的理论，分析得出电流元产生磁场的规律称为毕奥－萨伐尔定律。真空的磁导率H/m大小：方向：如图所示同时垂直于电流元和矢径毕－萨定律：每个电流元在场点产生的磁感强度为：[SI]:IP即垂直于电流元和矢径组成的平面磁场叠加原理:PO电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系是圆心在电流

5、元轴线上的一系列同心圆。PII毕-萨定律＋磁场叠加原理＝恒定磁场的基本实验规律电流元磁场＋叠加原理计算的基本方法：3.分析磁场的对称性，建立坐标系，积分求磁场不为零的分量Bx、By、Bz;求总磁场。4.由2.写出电流元的磁场1.任取电流元;计算一段载流导体的磁场:应用毕-萨定律解题：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。例14.1求圆电流中心的磁感强度。各电流元在中心产生的磁场方向相同解：1.任取2.3.若线圈有N匝例14.2圆电流轴线上任一点的磁场IxyzoRP.x圆电流的电

6、流强度为I半径为R解建如图所示的坐标系:圆电流在yz平面内,场点P坐标为x。IxyzoRP.x第一步：在圆电流上任取一电流元第二步：由毕－萨定律知其在场点P产生的磁感强度组成的平面S则由对称性可知,每一对对称的电流元在P点的磁场垂直分量相互抵消。IxyzoRP.x组成的平面S第三步：根据磁场的对称性，写分量式积分结论：圆电流轴线上任一点的磁感强度方向：沿轴向与电流成右手螺旋关系讨论1）圆电流中心的场2）若线圈有N匝电场:电偶极子磁场:磁偶极子电偶极矩磁偶极矩-+3)平面载流线圈的磁矩磁偶极子定义磁矩如果场点距平面线圈的距离很远，

7、这样的平面载流线圈称为磁偶极子磁偶极矩平面载流线圈mpI磁偶极子的场可用磁偶极矩表示IP.IdlIaPOθldBθ12θ例14.3求载流直导线的磁场。已知解取r若场点在直电流延长线上各电流元在P点的磁场方向相同IB⑴无限长直载流导线的磁场*P⑵半无限长直载流导线的磁场或po+讨论I电流与磁感强度成右手螺旋关系圆心处：圆电流轴线上：2.直线电流1.圆电流⑵无限长直线电流：⑴半无限长直线电流Ir++++++++++++pR++*例14.4载流直螺线管的磁场有一长为l,半径为R的载流密绕直螺线管，总匝数为N，通有电流I。求管内轴线上任

8、一点的磁感强度。解利用圆电流轴线上的磁场公式oII先任取长为dx的一段小圆电流，则其dB方向沿轴线op+++++++++++++++xdxRB（1）载流直螺线管轴线上的磁场分布讨论xBO5R若l=10R（3）管端口处或由（2）无限长即管内是均匀磁场。管外B=07