大学物理磁场课件

真空中的磁场一、磁现象的发现比电现象早得多:约在公元前300年（春秋战国时期）就发现了四氧化三铁矿石吸引铁的现象。秦始皇曾命匠人用磁石筑砌阿房宫的北阙门，防备刺客；古代东汉发现了“司南”—最古老的指南针；宋代航海时应用指南针，并发现了地磁偏角。在战国晚期成书的《吕氏春秋》中，就有“慈石召铁，或引之也”的话。这种吸铁性曾被喻为慈母爱恋子女，因此，秦汉以前，都把磁石写成“慈石”。中国古代对磁现象的认识东汉王充在《论衡》中曾有记述：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”司南与地盘沈括还着重指出指南针所指的方向“常微偏东，不全南也”。这是中国有关磁偏角的最早记载。二、磁现象的初期认识：（1）磁铁具有吸引铁、镍、钴等物质的性质。磁极（即磁铁的两端，是磁性最强的区域）有N极、S极之分。（2）同种磁极相斥，异种磁极相吸。（可解释指南针为什么能指南北）（3）自然界中没有独立存在的S极和N极。人们最早发现的磁铁是天然的磁铁矿（成分是），认识为：43OFe直到十九世纪初，人们对磁现象的认识才逐渐深入：①1820年7月21日，丹麦物理学家Oersted发现了电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场。②4个半月后（1820年12月4日），安培发现了安培定律，即磁场对通电导线有力的作用。③1820年10月30日，毕奥-沙伐尔在拉普拉斯的绝妙的数学分析的帮助下，得到了计算电流元产生磁场的公式。④1831年8月29日，法拉第发现了电磁感应现象。三、一切磁现象的根源是电流，而电流是大量电荷有规则运动所形成的。（1）用磁场的观点把磁铁和磁铁、磁铁和电流、电流和电流之间的相互作用的各个实验统一起来了。所以这些相互作用都是通过统一的场—磁场来传递的。（2）磁铁和电流在本源上是一致的。1822年安培在解释磁的本质时提出，一切磁现象的根源是电流，物质的每一个分子中都存在着环形电流，称为分子电流。当物质尚未磁化时，这些分子电流取向杂乱无章，它们对外界的磁感应相互抵消，整个物体就不显示磁性。物质在磁力作用下，分子电流会发生有序排列，呈现磁性。本章内容Contentschapter9磁感应强度magneticinduction毕奥-萨伐尔定律Biot-Savart’slaw磁场高斯定理与安培环路定理GausstheoremandAmperecircuitaltheoreminmagneticfield运动电荷的磁场magneticfieldofmovingcharge第一节magneticinduction磁场在通有电流导线的周围，小磁针会发生偏转；运动电荷会受某种力的作用。理论和实验证明电流（或运动的电荷）能产生一种有别于静电场的另一种场，称为磁场。上述磁针偏转，运动电荷受力，都是通过磁场来作用的。空间某点的磁场大小和方向，用磁感应强度B来描述。磁感应强度1特斯拉(T)=104高斯(G)1T=1NA-1m-1运动正电荷已知，实验表明，受力总是垂直于所决定的平面，力的大小与的大小及间的夹角有关，当时受力最大。某点的大小及方向由下式定义：第二节Biot-Savart’slaw毕奥萨伐尔定律载流直导线的磁场载流圆线圈轴上磁场载流线圈的磁矩直螺线管轴上磁场续8例1例2第三节GausstheoremandAmperecircuitaltheoreminmagneticfield磁感应线nedSSd—某处磁感应线的数密度等于该处B的大小θBdS⊥dSneθcosdSdNdSdNBB从图上几何关系可知：dNdSdSdS的磁感应线根数为穿过cos则有：B也叫磁通密度B分布示例续13续14磁通量无限长直电流的磁场通量计算例3磁场的高斯定理此式说明磁场是无源场,磁感应线是闭合曲线，磁单极即磁荷不存在。例4例题真空中稳恒磁场的安培环路定理0ldEE是保守场从静电场的电场线是非闭合的，静电场的环流→电势磁感应线是闭合的，磁场是非保守场→无磁势?ldB0ldB涡旋场一、真空中稳恒磁场的安培环路定理在真空中的恒定磁场内，磁感应强度B沿任意闭合环路的线积分——B的环流等于穿过积分环路的所有传导电流的电流强度的代数和的倍。02.数学表达式：iiLIldB0——磁场为涡旋场(有旋场)——磁场为非保守场1.定理的表述：真空中安培环路定理证明：我们以无限长直导线的特例来证明。1.安培环路包围导线（电流）且在垂直于导线的平面内在L路径上取一线元dLLddcos002d)cos(rddrdrL20若I反向,则为钝角，rddcos0Ld○·IddlBILor2.安培环路不包围导线（电流）rrdd2cos0rdrd2cos002200dddd整个积分总可以分成一对对这样的线元，进行迭加。于是：Ld0○·drrBBlddlL3.多根导线穿过安培环路：LLiiLddd0214.环路不在一个平面内，这时把分解到平行与导线的平面和垂直于导线的平面dddLLddd+()LLdd000注意：②对电流的作和——仅对穿过环路L的电流的电流强度作代数和。但如果一载流导体与积分环路N次链套，则对环流有0NI的贡献。①电流的正负由积分时，在环路上所取的绕向决定——Ii可正可负，电流方向与环路绕向满足右手螺旋的电流为正，不满足的为负。不穿过的对环流没有贡献。NIldBL0三、环路定律的应用iSqSdE01用它求出场强E在静电场中：在恒定磁场中：iiLIldB0用它求出磁感强度B例5长直圆柱匀电流的B()分布例6载流密绕长直螺线管内的B分布例7载流密绕螺线环内的B分布第四节magneticfieldofmovingcharge运动电荷的磁场例8课堂小议请在放映状态下点击你认为是对的答案结束选择对于恒定磁场，下列说法中正确的是：（3）安培环路定理说明，仅与回路所围电流有关;(2)安培环路定理可以用来确定圆电流的磁场；(1)安培环路定理具有普适性，它对具有对称性的磁场求解值较方便；（4）以上说法都不对。小议链接1请在放映状态下点击你认为是对的答案结束选择对于恒定磁场，下列说法中正确的是：（3）安培环路定理说明，仅与回路所围电流有关;(2)安培环路定理可以用来确定圆电流的磁场；(1)安培环路定理具有普适性，它对具有对称性的磁场求解值较方便；（4）以上说法都不对。链接2请在放映状态下点击你认为是对的答案结束选择对于恒定磁场，下列说法中正确的是：（3）安培环路定理说明，仅与回路所围电流有关;(2)安培环路定理可以用来确定圆电流的磁场；(1)安培环路定理具有普适性，它对具有对称性的磁场求解值较方便；（4）以上说法都不对。链接3请在放映状态下点击你认为是对的答案结束选择对于恒定磁场，下列说法中正确的是：（3）安培环路定理说明，仅与回路所围电流有关;(2)安培环路定理可以用来确定圆电流的磁场；(1)安培环路定理具有普适性，它对具有对称性的磁场求解值较方便；（4）以上说法都不对。链接4请在放映状态下点击你认为是对的答案结束选择对于恒定磁场，下列说法中正确的是：（3）安培环路定理说明，仅与回路所围电流有关;(2)安培环路定理可以用来确定圆电流的磁场；(1)安培环路定理具有普适性，它对具有对称性的磁场求解值较方便；（4）以上说法都不对。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。