12-1磁场的源(2010年度)解读

请把手机调成静音、震动或关闭！决不要把学习看成是任务，而应看成是一个令人羡慕的机会。为了你们自己的欢乐和今后你们工作所属社会的利益，去学习……——A.爱因斯坦新学期新气象祝同学们身体健康新学期新气象！希望大家新学期里朝气蓬勃、愉快生活和学习！多交流，多思考，多互助，多建议，多动手，多动笔。耐心学好每一门课，认真对待每次作业，充分利用每一天时间。总结上半年的得失，不足的尽量弥补，获得的要延续，仔细计划新学期，去争取更大的获得！“蚁族”“蚁族”“蚁族”，是对“大学毕业生低收入聚居群体”的典型概括，是继三大弱势群体（农民、农民工、下岗职工）之后的第四大弱势群体：受过高等教育，主要从事保险推销、电子器材销售、广告营销、餐饮服务等临时性工作，有的甚至处于失业半失业状态；平均月收入低于两千元，绝大多数没有“三险”和劳动合同；平均年龄集中在22—29岁之间，九成属于“80后”一代；主要聚居于城乡结合部或近郊农村，形成独特的“聚居村”。他们是有如蚂蚁般的“弱小强者”，他们是鲜为人知的庞大群体。“蚁族”-生存现状1.生活条件差，经济来源少；2.缺乏最基本的社会保障；3.思想情绪波动较大，挫折感、焦虑感等心理问题较为严重，且普遍不愿意与家人说明真实境况；4.公共社交匮乏，与外界的交往主要靠互联网并以此宣泄情绪；5.朋友聚会，吃完饭，去唱歌或看电影是常有的事儿，但对刚毕业的大学生来说这有些奢侈，他们的娱乐项目多是上网聊天、打游戏。“志、勤、识、恒、法、创”有志则有为，志向远大，不甘为中下流，以献身科学为己任；有勤则有才，业精于勤荒于嬉，“天才出自勤奋”，不能有一日之懈惰；有识则有求，知学问无尽，不以一得自足，虚心求实，力戒骄傲自满；有恒则有成，坚韧不拔，认定方向，不半途而废，则断无不成之事；有法则有能，讲究科学方法，兼容并蓄，发幽阐微，方有能力做大学问；有创则有新，敢为人先，锐意创新，才能赶超先进。避免成为“蚁族”一员的方法如果一个人掌握了他的学科基础理论，并且学会了独立思考与工作，他必定会找到自己的道路。……爱因斯坦北京化工大学本科生课程大学物理学（II）courseofcollegephysics(II)许海军（[e-mail]）2010-09-29学好，难也！！难！难！难！道最玄，莫把金丹作等闲。不闻至人传妙诀，空教口困舌头干。--《西游记》三句词与大家共勉古今之成大学问者，必经过三种之境界：“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。”此第一境也。“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。”此第二境也。“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”此第三境也。预学凄凉,孤独,茫然自学没有回头路啦!收获Tomostofus,neverwillithappen本学期规划及注意事项一、为了大家的利益，请自觉维护课堂纪律；二、本学期内容三大部分：磁学，振动和波动，量子物理基础；三、作业11-14次（缺一次扣2分）；四、三个专题总结（各2分）；五、其中考试一次，记2分。大学物理第一学期小结部分同学在上学期大学物理没努力，希望这学期引起重视！请不要车到山前必有路，要做到日积月累、细水长流！跟上老师的步伐，不要总是自学、自学…无论上次考得好坏，过去的也已过去，面向新未来，奋斗！考试/查成绩统计百分制五级记分制二级记分制90分以上14人／7.37%优秀合格80-89分80人／43.11%良好不合格70-79分47人／24.74%中等60-69分44人／23.16%及格不及格4人／1.93%不及格平均分77.2（3.68%，71.79）实考190人第十二章磁场和它的源一、理解毕奥－萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度。二、理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理；理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法。教学基本要求第12章12.1磁力与电荷的运动一、基本磁现象NSII1820年奥斯特IIII同极相斥异极相吸NSSNSNSNISN第一次揭示了电现象和磁现象的联系志同道合在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑！B值大小和方向的确定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；3),考虑到Fm的方向总与B和v方向垂直，根据Fm和v的方向进一步规定B的指向；4),用α表示B和v方向之间夹角，根据Fm大小和qvsinα成正比，得B的大小表示为：sinqvFBm12.2磁场与磁感应强度B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mN/A1)T(1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：0.1T磁通量Φ等于通过该面积的磁感线的总条数，单位:韦(Wb),1Wb=1Tm2直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场•无头无尾闭合曲线•与电流套连磁力线的特征静电场:取磁场：取毕奥－萨伐尔定律!!?BdBdIPLIdr§12.3毕奥－萨伐尔定律(Biot--SavartLaw)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。2ˆ4rrlIdBdo表述：电流元在空间点产生的磁场为：lIdPBdrlIdBd)/(1041272ANcoo在国际单位制中p称为真空磁导率20sind4drlIB(矢量形式)叠加原理：给出任一电流产生的磁场的分布LoLrrlIdBdB24ˆrpBdIld24ˆrrlIdBdorBdlId电流元Idl所产生的磁场是轴对称的.其磁感应线是以该电流元为轴的右螺旋同心圆方向：右螺旋法则任何磁场中通过任意封闭曲面的磁通量等于零。0SSdBqBEV由电流与磁场的关系可知电流元的磁力线都是圆心在电流元轴线上的同心圆。磁力线是无头无尾的闭合曲线。再根据叠加原理得：SBBI磁通连续定理（磁场的高斯定理）304rrlIdBd4.求B的分量Bx、By、Bz;222zyxBBBB求总场。5.由3.确定电流元的磁场2.分割电流元;1.建立坐标系;计算一段载流导体的磁场:应用毕萨定律解题的方法LoLrrlIdBdB24ˆ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。好好利用公开场合锻炼、展示自我，哪怕只是一次课堂上的发言，别怕尴尬，更别怕丢人，也不要笑话在公众面前丢脸的人!心烦意乱或者无聊闲着的时候，多到图书馆去泡泡，书中有现实中难得的纯明和清静；多看些书，生活会渐渐少一些迷茫，多一些追求。二.毕－萨定律的应用1.求载流长直导线的磁场，已知.2,10,,rIctgrz020sin4rIdzdBp12o0rzIdzr解:20sin4rIdzdBB20sindrdzsin0rrdrIB21sin400)cos(cos42100rI+IB00π2rIB电流与磁感强度成右手螺旋关系00π4rIBP⑴无限长载流长直导线的磁场r*PIoπ2π21IBX⑵半无限长载流长直导线的磁场)cos(cos42100rIB2102021或讨论：p12o0r+2、圆电流轴线上的磁场204rdlIdBxRPolldBdBBcos//ldBsinsin420lrIdlrRsin22xRrRdlrRIB20304RxRRIrRI2)(4223220320232220)(2xRRIBBdIdlrIdldB//dB解:2322202）（xRIRB3）x=0时,RIB2001）若线圈有N匝2322202）（xRIRNB讨论*BxoRIx2）x0，B的方向不变(I和B成右螺旋关系）→圆心处磁感强度4）在半圆环电流的中心处oRIRIB400oI2R1R（5）*od（4）*）o（2RIR（3）oIIRo（1）RIB200RIB400RIB8001010200π444RIRIRIBdIBπ400x0B练习：如图所示导线，求O点的磁感强度。×ו×)(20圆心处RIB220RIBrIBPπ40磁偶极矩：闭合通电线圈的磁偶极矩或磁矩3202xIRB032mpBπx注意：只有当圆形电流的面积S很小，或场点距圆电流很远时，才能把圆电流叫做磁偶极子。磁偶极子在轴线上产生磁感强度：2322023222022）（）（xRpxRIRBm:时当RxnISpmISnmp23222])([2lxRdlInRdBo解：长度为内的各匝圆线圈的总效果，是一匝圆电流线圈的倍。dlndl3、载流螺旋管(Solenoid)轴线上的磁场求半径为，总长度，单位长度上的匝数为的螺线管在其轴线上一点的磁场？RLn选坐标如图示RlxRR323222sin])([21plxRoIdl2123222])([2LLolxRdlInRB选坐标如图示RlxRR323222sin])([RctglxdRdl2sin21plxRoIdl21sin2dnIBo)cos(cos221nIBo载流螺旋管在其轴上的磁场，磁场方向与电流满足右手螺旋法则。所以：BIIB–5R5Rx0.439L=10R，在距管轴中心约七个管半径处，磁场就几乎等于零了。nIBo在管端口处，磁场等于中心处的一半。2/,02121,0对无限长螺管nIBo21举例1两个相同及共轴的圆线圈，半径为0.1m，每一线圈有20匝，它们之间的距离为0.1m，通过两线圈的电流为0.5A，求每一线圈中心处的磁感应强度：(1)两线圈中的电流方向相同，(2)两线圈中的电流方向相反。1O2OxR解：任一线圈中心处的磁感应强度为：21BBBRNIB2012322202)(2xRRNIB(1)电流方向相同：21BBB])(1[2232230xRRRNIT1051.85(2)电流方向相反：21BBB])(1[2232230xRRRNIT1006.45举例2一根无限长导线通有电流I，中部弯成圆弧形，如图所示。求圆心o点的磁感应强度B。解：直线段ab在o点产生的磁场030)30cos0(cos30sin400001RIB)231(20RI向里cd段：)180cos150(cos30sin400003RIB)231(20RIRIRIB6312002向里321BBBBRIRI6)231(00圆弧bc段：Ro0120aIbcdI举例3在一个半径为R的无限长半圆筒形金属片中，沿轴向均匀通有电流I，求半圆筒轴线上的磁感应强度。IR解：dlRIdIRdIdB20dlRI2202BdlddlxydBO0yydBB由对称性有：xxdBBB)2cos(dB020sin2dRIBRI20dIRddlRIddB202思考题：如在轴线上放一长直导线并载有等值相反的电流I，求单位长度上长直导线所受到的力。一、磁场线12.4磁通量磁场的高斯定理规定：1)方向：磁场线切线方向为磁感应强度B的方向2)大小：通过磁场中某点处垂直于B的单位面积磁场线的条数等于该点的B矢量的量值。I磁场线的特征：1）无头无尾的闭