清华大学 物理系 普通物理 电磁学 ppt课件.ppt

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1、第五章真空中的静磁场magneticfield§5.1磁场§5.2毕－萨－拉定律及应用§5.3安培定律§5.4磁场的高斯定理及安培环路定理§5.5磁力*附表：静电场和静磁场对比-1820年奥斯特磁针§5.1磁场电流有磁效应法国物理学家阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针观察到对磁现象的系统认识只用半年时间1.基本磁现象磁体与电流有相互作用电流与电流之间有相互作用洛仑兹力公式2.磁感应强度运动电荷在电磁场中受力：问题:1)磁场的性质?2)磁场的本源?对运动电荷或电流有作用电流或运动电荷周围既有电场又

2、有磁场安培电场力，与电荷的运动状态无关磁场力，运动电荷才受磁力磁感强度(MagneticInduction)或称磁通密度(magneticfluxdensity)单位：特斯拉(T)磁感应线3.安培公式电流受到的磁场力？安培发现任意电流元受力为整个电流受力安培力公式演示安培力（KD030）安培力(演示）.mpeg例1在均匀磁场B中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感应强度方向夹角=30°,求此段圆弧电流受的磁力.=30°解：在电流上任取电流元场均匀方向§5.2毕－萨－拉定

3、律及应用1.毕萨拉定律电流元currentelement真空中的磁导率H/mPO2.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。是圆心在电流元轴线上的一系列的同心圆。演示直线电流产生的磁场（KD027）PI例2求圆电流中心的磁感强度解：任取电流元在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外大小为各电流元的磁场方向相同大小直接相加例3直电流磁场的特点1)场点在直电流延长线上2)长直载流导线中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂

4、线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线则有必然结果§5.3安培定律4个示零实验理论分析归纳不符合牛顿第三定律演示载流平行直导线的相互作用（KD29）通电导线间的作用力（演示）.mpeg实验一实验二实验三实验四周长比间距比I1=I3例4如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流强度均为I求：相互作用力解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？)§5.4磁场的高斯定理及安培环路定理磁通量单位：韦伯(Wb)1.磁场的高斯定理微分形式无源场高斯定理利用叠加原理可证得POPI矢量

5、公式高斯Gauss定理斯托克斯Stokes定理推广算式梯度散度旋度算符直角坐标系*磁单极（magneticmonopole）：1931，Dirac预言了磁单极子的存在。量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：磁单极子质量：根据电和磁的对称性：qm—磁荷这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。人们希望从宇宙射线中捕捉到磁单极子。斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。qm电感LI超导线圈有磁单极子穿过时，感应电流记录到了预期

6、电流的跃变，I1982.2.14,13:53t但以后再未观察到此现象。实验中采用了直径5cm的铌线圈4匝。经过151天的连续等待，1982.2.14自动记录仪无头无尾闭合曲线与电流套连与电流成右手螺旋关系磁力线磁力线的性质2.安培环路定理定理表述在恒定磁场中，磁感强度沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的倍.目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向L上的任一线元与L套连的电流如图示的代数和与L绕行方向成右螺电流取正如

7、图示的电流取正取负电流分布证明P1P2L1LI各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线圆形电流的磁感线直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线3.安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路L，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。)例5求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为N总长为通过稳恒电流电流强度为分析对称性知内部场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda由安培环路定理均匀场思考磁场

8、如何？IIn截面形状任意的密绕长直螺线管内外的提示：利用对称性（轴矢量、极矢量）由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线密绕螺绕环无限大均匀载流平面匝数场点距中心的距离(面)电流的(线)密度电流密度(体)电流的(面)密度如图电流强度为I的电流通过截面S若均匀通过电流密度为(面)电流的(线)密度如图电流强度为I的电流通过截线若均匀通过则§5.5磁力1.带电粒子在磁场中受力洛仑兹力2.霍耳效应金属导体1879年美国物理学家霍耳发现：对应图中沿Z方向