毕奥萨伐尔定律电磁物理学.ppt

2020年3月26日4时8分 1 大学物理学 任课教师 郑殊 大学物理教学研究中心 联系电话 84706101 601办公地点 物理与光电工程学院401室E mail zhengshu 2020年3月26日4时8分 2 关于本课程 1 讲课内容 第8章至第21章 10 6 20 2 21 1 21 4 21 5不讲 2 期末考试占90 平时成绩占10 平时成绩以作业和几次阶段小测试为准 综合楼405室购买作业 以自然班为单位 周二 周五晚上6 00 8 00 3 课程答疑时间 每周一 二 四 五下午3 30 5 00 地点 综合楼302室 4 大学物理网页 2020年3月26日4时8分 3 第八章恒定磁场 静止电荷在其周围产生静电场 运动电荷即电流在其周围也会产生电场 当电流不随时间变化时 这电场是稳恒电场 本章我们会讲到在运动电荷周围也会产生磁场 运动电荷之间的相互作用是通过电场和磁场传递的 2020年3月26日4时8分 4 自然界的各种基本力可以互相转化 究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用 17世纪 吉尔伯特 库仑曾认为 电与磁无关 1731年英国商人 雷电后 刀叉带磁性 1751年富兰克林 莱顿瓶放电后 缝衣针磁化了 1812年奥斯忒 一 磁力与磁现象 8 1磁场磁感应强度 2020年3月26日4时8分 5 1820年4月奥斯忒在哥本哈根大学讲学 电与磁 接通电源时 放在边上的磁针 I 1820年7月21日 以拉丁文报导了60次实验的结果 在历史上第一次揭示了电现象和磁现象的联系 对电磁学的发展起着重要的作用 1 奥斯特实验 电流的磁效应 2020年3月26日4时8分 6 2 两段平行放置的并两端固定的导线 同向相吸 异向相斥 事实说明 运动电荷在其周围不仅会产生电场 也会产生磁场 则在其间的运动电荷就会受到这两个场施于它的力 电流 运动电荷 电场磁场 电流 运动电荷 描述磁场性质的物理量用磁感应强度来描述 2020年3月26日4时8分 7 静止电荷 静止电荷 运动电荷 运动电荷 3 磁场只对运动电荷起作用 静止电荷 运动电荷 相互作用 电 电 电 磁 2020年3月26日4时8分 8 二 磁场磁感应强度 一稳恒电流I 在其周围存在电场 场强为 一试验电荷q0静止放在P点 则其受到的电场力 2 当q0是运动的 通过P点的速度为 此时受的力的大小与方向与上电场力都不同 设受力为 前一项与电荷运动速度无关后一项与电荷运动速度有关 2020年3月26日4时8分 9 与电荷运动速度有关的力 称为磁力 磁力仅仅对运动电荷才会出现 通常称洛仑兹力 1 磁感应强度的大小 实验表明 磁力的大小与 有关 与成正比 与的方向有关 磁线 运动电荷沿此磁线方向运动时 不受磁力 此B称为P点磁感应强度的大小 2020年3月26日4时8分 10 2 磁感应强度的方向 实验表明 磁力的方向是沿与磁线所构成的平面的法线方向 当时 此时受的磁力最大 这时 和磁线三者互相垂直 星际空间 地球表面 太阳表面 0 01T 回旋加速器磁体 1T 超导 100T P脉冲星 2020年3月26日4时8分 11 3 洛仑兹力公式 运动电荷在磁场中受力为 运动电荷在电磁场中受力 2020年3月26日4时8分 12 三 毕奥 萨伐尔定律 电流元 由实验总结 一电流元在某点P产生的磁场的磁感应强度为 大小 方向 真空中的磁导率 1 毕奥 萨伐尔定律 2020年3月26日4时8分 13 一段长为L的直导线其在P点产生的是各个在该处产生的的矢量叠加 2 应用 简单形状载流导线的磁场 复杂的可看做是这两种简单的叠加 L 2020年3月26日4时8分 14 例1载流直导线的磁场 导线长度为L 载流为I a 解 的在P点的 O P 长为L的直导线在P点的 2020年3月26日4时8分 15 得 方向 以直导线为轴线的圆周的切线方向 与电流构成右手螺旋法则 2020年3月26日4时8分 16 特例 1 导线无限长时 2 半无限长时 2020年3月26日4时8分 17 例2载流圆线圈轴线上的磁场 解 电流元产生的磁场 垂直分量相互抵消 只剩下平行分量的标量叠加 载流圆线圈轴线上产生磁场 例2载流圆线圈轴线上的磁场 半径R 载流为I 2020年3月26日4时8分 18 做代换 这里是线圈所围面积 引入磁偶极子的概念 磁矩 2020年3月26日4时8分 19 特例 1 圆心处 2 无限远处 2020年3月26日4时8分 20 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 也可直接计算圆心处的磁场 2020年3月26日4时8分 21 方向 解 例4一条载有电流I的无限长导线弯成图示形状 求O点的磁感应强度B 2020年3月26日4时8分 22 所有dB的方向都一样 I x 0 x P d dx 2020年3月26日4时8分 23 例6长为的直螺线管轴线上的 半径为R 单位长度的匝数为n的中心轴线上的磁场 O x x dx 取一dx段螺线管元 2020年3月26日4时8分 24 代换 特例 1 无限长螺线管 2 在螺线管的两个端点 任何密绕细长螺线管内部轴线上的磁场是匀强的 x R 2020年3月26日4时8分 25 例7内外半径分别为R1 R2 面电荷密度为 的均匀带电非导体平面圆环 绕轴线以角速度 旋转时 求圆环中心的磁感应强度 解 当平面圆环旋转时 其上电荷作圆周运动形成电流 在空间激发磁场 平面圆环上的电流可看成是半径连续变化的圆形电流的叠加 取半径为r 宽为dr的细圆环 其上电流为 该电流在环心处激发的磁感应强度为 方向垂直平面圆环 R2 R1 o 2020年3