大学物理稳恒磁场课堂PPT

1、10ll de一、一、 安培环路定理安培环路定理电磁规律比较：电磁规律比较：4 安培环路定理及应用安培环路定理及应用?ll db表述表述：在稳恒电流的磁场中，磁感应强度：在稳恒电流的磁场中，磁感应强度 沿任何沿任何闭合路径闭合路径l的线积分，等于路径的线积分，等于路径l所包围的电流强所包围的电流强度的代数和的度的代数和的 倍。倍。b0iiolil dbb dss00intisqsde2b空间所有电流共同产生的空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线在场中任取的一闭合线l任意规定一个绕行方向任意规定一个绕行方向l dl l上的任一线元上的任一线元内i与与l l套连的电流套连的电流如图示的如图示

2、的i1、 i2iii内代数和：与代数和：与l绕行方向成右螺旋，电流取正绕行方向成右螺旋，电流取正；反之取负。如图示的电流；反之取负。如图示的电流i1取正，取正，i2取负取负ll d电流分布电流分布i i2 2i i1 1i i3 3iililb内0d3讨论讨论1）安培环路定理只适用于）安培环路定理只适用于闭合恒定闭合恒定电流电流,是是稳恒电流磁场的性质方程。（对一段恒定电稳恒电流磁场的性质方程。（对一段恒定电流的磁场，或变化电流的磁场不成立）流的磁场，或变化电流的磁场不成立） 2） 说明磁场为说明磁场为非保守场非保守场（涡旋场）（涡旋场） 0d llbiililb内0d3） 积分中积分中 为空

3、间所有的稳恒电流共为空间所有的稳恒电流共同激发的。但其沿环路的积分却只与环路所包同激发的。但其沿环路的积分却只与环路所包围的电流有关。围的电流有关。llbdb4 c 1p 1i2i 1i2i2p1l2l)(a)(b3i. , (d). , (c). , (b). , (a)2121212121212121ppllppllppllppllddddddddb bb bl lb bl lb bb bb bl lb bl lb bb bb bl lb bl lb bb bb bl lb bl lb b5如图，流出屏幕的电流为如图，流出屏幕的电流为 2i，流进屏幕的电流，流进屏幕的电流为为 i ，则下述

4、各式中那一个是正确的，则下述各式中那一个是正确的?(b)il dbl021(a) d (c)(d)i21l2l3l4liil dbl02il dbl03il dbl046二、安培环路定理在解场方面的应用二、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对于一些对称分布的电流 可以通过取合适的环路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利用磁场的环路定理比较方便地求解场量 (类似于电场强度的高斯定理的解题类似于电场强度的高斯定理的解题)以例题说明解题过程以例题说明解题过程7设总匝数为设总匝数为n、总长为、总长为lli分析对称性，知内部场沿轴向，分析对称性，知内部场沿轴向

5、，方向与电流成右手螺旋关系方向与电流成右手螺旋关系b1.1.通电密绕长直螺线管内部的磁感强度通电密绕长直螺线管内部的磁感强度通过稳恒电流电流强度为通过稳恒电流电流强度为i0 外外b螺线管均匀密绕无漏磁螺线管均匀密绕无漏磁0 外外b8取过场点的每个边都相取过场点的每个边都相当小的矩形环路当小的矩形环路abcdaabcdadcabll dbdacdbcabl dbl dbl dbl db外内abb内由安培环由安培环路定理路定理iabln0lnn 内blibnib0均匀场均匀场0 外外b92. 2.无限长通电流无限长通电流i的圆柱导体内外的的圆柱导体内外的b磁场特点：磁场特点：方向沿圆周切向方向沿圆

6、周切向同一圆周上各点同一圆周上各点b大小相等、大小相等、i i取回路：过场点的圆周，取回路：过场点的圆周，绕行方向与绕行方向与i成右螺旋成右螺旋设设圆柱体圆柱体截面半径为截面半径为rrrpp iiiirrrbldbl2则则irrrriirrii2222 有轴对称性有轴对称性10rri ipprri 0 rb 2rrirr 220 rrrib 20rrrirb 202 rbr无限长圆柱导体电流外面的磁场与电流无限长圆柱导体电流外面的磁场与电流都集中在轴上的直线电流的磁场相同都集中在轴上的直线电流的磁场相同11rprprri 0 rb 2rr 0rrrib 20rrb 0rbr无限长通电柱面无限长

7、通电柱面i i思考：思考：有人说：有人说：“环路不环绕环路不环绕电流时，环路上磁场必处处为电流时，环路上磁场必处处为零，对吗？零，对吗？12通电环形螺线管磁场的磁感线通电环形螺线管磁场的磁感线132ro1r02nibr3.3.均匀密绕螺绕环均匀密绕螺绕环设通有的电流强度为设通有的电流强度为i，总匝数为，总匝数为nrbldb 2 ni0 磁场特点：磁场特点：方向沿圆周切向方向沿圆周切向同一圆周上各点同一圆周上各点b大小相等、大小相等、取回路：过场点的圆周，取回路：过场点的圆周，绕行方向与绕行方向与i成右螺旋成右螺旋场点距中心场点距中心的距离的距离rb2r1r14外部：外部：0b以以rr2 为半径

8、作为半径作圆形安培回路圆形安培回路 l，得外得外部磁场分布部磁场分布2r1rbl在细螺绕环的情形下，其内部的磁感强度大小处处在细螺绕环的情形下，其内部的磁感强度大小处处相等，但各处的方向并不相同，故不是均匀磁场。相等，但各处的方向并不相同，故不是均匀磁场。 对细螺绕环对细螺绕环nib015 例例: 无限大平板电流的磁场分布无限大平板电流的磁场分布。设一无限大导设一无限大导体薄平板垂直于纸面放置，其上有方向垂直于纸面朝外体薄平板垂直于纸面放置，其上有方向垂直于纸面朝外的电流通过，面的电流通过，面电流密度电流密度（即指通过与电流方向垂直的（即指通过与电流方向垂直的单位长度的电流）到处均匀。大小为单

9、位长度的电流）到处均匀。大小为jp解：视为无限多平行解：视为无限多平行 长直电流的场。长直电流的场。 分析场点分析场点p的对称性的对称性因为电流平面是无限大，故与电流平面等距离的因为电流平面是无限大，故与电流平面等距离的各点各点b的大小相等。的大小相等。在该平面两侧的磁场方向相反。在该平面两侧的磁场方向相反。bb16abcd作一安培回路如图：作一安培回路如图：bc和和 da两边被电流平两边被电流平面等分。面等分。ab和和cd 与电与电流平面平行流平面平行,则有则有jllbldbol2l2jbo在无限大均匀平面电流的两侧的磁场都在无限大均匀平面电流的两侧的磁场都为均匀磁场，并且大小相等，但方向相

10、反。为均匀磁场，并且大小相等，但方向相反。方向如图所示。方向如图所示。1720jb电流电流( (线线) )密度为密度为j的的无限大均匀载流平面无限大均匀载流平面, ,在在其两侧产生大小相等、方向相反的匀强磁场其两侧产生大小相等、方向相反的匀强磁场jb bb b20jb结果结果18基本方法：基本方法：1.利用毕萨拉定律利用毕萨拉定律2.某些对称分布，利用安培环路定理某些对称分布，利用安培环路定理3.重要的是典型场的叠加重要的是典型场的叠加注意与静电场对比注意与静电场对比磁感强度磁感强度的计算的计算19一无限长任意导线中通以电流一无限长任意导线中通以电流i，有人运用安培环路，有人运用安培环路定律计

11、算空间定律计算空间p点的磁感应强度，由，点的磁感应强度，由， 得到得到 ，与无限长载流直导线的磁场，与无限长载流直导线的磁场一样。这样处理对吗？一样。这样处理对吗？ilb0ldaib20iapl 思考思考20磁通量：穿过磁场中某一面的磁力线条数磁通量：穿过磁场中某一面的磁力线条数 ssdbm单位：单位：1wb（韦伯）（韦伯）=1tm2例例1.2mrb rb21例例. .载流长直导线的电流为载流长直导线的电流为i i，它与一矩形共，它与一矩形共面，试求通过该矩形的磁通量？面，试求通过该矩形的磁通量？i iaxxib 20 bhhdxds baahdxxi 20mabaih ln20 xdx22i

12、 ihcdcdihln20m i i0m 23例一无限长圆柱形铜导体（磁导率例一无限长圆柱形铜导体（磁导率0)，半径为，半径为r，通有均匀分布的电流通有均匀分布的电流i，今取一矩形平面，今取一矩形平面s（长为（长为1m，宽为宽为2r），位置如图所示，求通过该矩形平面的磁），位置如图所示，求通过该矩形平面的磁通量。通量。 rdrds=1drrrrib 20rrrirb 202 drdrds 1drbdsbsdbdmr24rdrds=1drdrrirdrribdrsdbrrrm02020222ln22120220irri2ln2400ii25例例 一长直电流一长直电流i在平面内被弯成如图所示的形状

13、在平面内被弯成如图所示的形状iiio1r2rabcdef其中其中直电流直电流 ab和和cd的延长的延长线过线过o电流电流bc是以是以o为圆心、为圆心、以以r2为半径的为半径的1/4圆弧圆弧电流电流de也是以也是以o为圆心、为圆心、但，是以但，是以r1为半径的为半径的1/4圆弧圆弧直电流直电流ef与圆弧电流与圆弧电流de在在e点相切点相切求：场点求：场点o处的磁感强度处的磁感强度b26iiio1r2rabcdef解：场点解：场点o处的磁感强度是由五段处的磁感强度是由五段特殊形状电流产生的特殊形状电流产生的场的叠加，即场的叠加，即efdecdbcabbbbbbb由毕萨拉定律得到各电流的磁感强度分别

14、是由毕萨拉定律得到各电流的磁感强度分别是00cdabbb20241ribbc方向：方向： 10241ribde10221ribef201010848riririb27 例. . 一半径为一半径为 r2 带电薄圆盘带电薄圆盘, ,其中半径为其中半径为 r1 的阴影部分均匀带正电荷的阴影部分均匀带正电荷, ,面电荷密度为面电荷密度为 + + , ,其其余部分均匀带负电荷余部分均匀带负电荷, ,面电荷密度为面电荷密度为 , ,当圆盘当圆盘以角速度以角速度 旋转时旋转时, ,测得圆盘中心点测得圆盘中心点 o 的磁感的磁感应强度为零应强度为零, , 问问 r1 与与 r2 满足什么关系？满足什么关系？

15、1r2ro解：解：当带电圆盘转动时当带电圆盘转动时, ,可可看作无数个圆电流的磁场看作无数个圆电流的磁场在在 o 点的迭加点的迭加, ,28半径为半径为 r , ,宽为宽为 dr 的圆电流的圆电流di= 2rdr / 2 = rdr磁场磁场db = 0di/2r =0dr/2阴影部分产生的磁场感应强度为阴影部分产生的磁场感应强度为10021rdrb其余部分：其余部分：)(2121211200rrrrdrb210r1r2ro122rrbb则有已知：十七章十七章作业：作业：2 229 例2：在截面均匀铜环上任意两点用两根长直导线在截面均匀铜环上任意两点用两根长直导线沿半径方向引到沿半径方向引到很远

16、很远的电源上的电源上, ,求：环中心处求：环中心处 o 点的点的磁感应强度。磁感应强度。 解：解：如图所示的电流系统在如图所示的电流系统在 o 点激发的点激发的 b b 为为 5 段电流所段电流所产生的产生的 b b 矢量的迭加。矢量的迭加。 o 点在直电流点在直电流 iae 与与 ifb 所所在延长线上。在延长线上。c2i1iabrodef0fbaebb又又o点离点离ief很远，此电流的磁场可不计。很远，此电流的磁场可不计。30i1电流在电流在o点的磁场：点的磁场：i2电流在电流在o点的磁场：点的磁场：rlrib221101方向：b b21104rlic2i1iabrodef方向：b b22

17、204rlirlrib22220231slr又又r1和和r2并联并联, ,故有故有r1i1=r2i221bbbc2i1iabrodef由电阻定理知由电阻定理知, , acb 和和 adb的电阻的电阻 r1 和和 r2与其长度与其长度 l1 和和 l2间有间有)(4221120lilir0321. .电流由直导线电流由直导线 1 沿平沿平行行 bc 边方向经过点边方向经过点a a流流入一电阻均匀分布的正入一电阻均匀分布的正三角形线框三角形线框, ,再由再由 b 点点沿沿 cb 方向流出，经长方向流出，经长直导线直导线2返回电源返回电源(如如图图). .oai21cbi已知直导线上的电流为已知直导

18、线上的电流为 i , , 三角框的每一边长三角框的每一边长为为 l，令长直导线，令长直导线 1 1、2 2 和导线框在线框中心和导线框在线框中心点点 o产生的磁感应强度分别为产生的磁感应强度分别为 b b1 1、b b2 2 和和 b b3 3则点则点o的磁感应强度大小的磁感应强度大小 : :33.0,0(a)221bbbb因为 d oai21cbi.0,0,0(d)213bbbb因为虽然123(c)0,0.0bbbb因为虽然.0,00,(b)321bbbb因为十七章十七章作业：作业：9 9342. .边长为边长为l的正方形线圈中通有电流的正方形线圈中通有电流, ,此线此线圈在圈在a点（见图）

19、产生的磁感应强度点（见图）产生的磁感应强度b b为为i22)b(0li42a)(0l 22)c(0il以上都不对(d)aii a 353一载有电流一载有电流 i 的细导线分别均匀密绕在的细导线分别均匀密绕在半径为半径为 r 和和 r 的长直圆筒上形成两个螺线的长直圆筒上形成两个螺线管管 ( r= =2r )，两螺线管单位长度上的匝数，两螺线管单位长度上的匝数相等两螺线管中的磁感应强度大小相等两螺线管中的磁感应强度大小 br 和和 br 应满足：应满足： .2)a(rrbb.)b(rrbb.2)c(rrbb.4)d(rrbb b 364. .两半径为两半径为r的相同导体细圆环的相同导体细圆环,

20、,互相垂直互相垂直放置放置, ,且两接触点且两接触点a、b连线为环的直径连线为环的直径, ,现现有电流有电流1沿沿ab连线方向由连线方向由a端流入端流入, ,再由再由 b端流出端流出, ,则环中心处的磁感应强度大小为则环中心处的磁感应强度大小为: : a ( a ) 0( c )r420i( b )r40i( d )ri02( e )r820iaob375. .如图所示，电流由长直导线如图所示，电流由长直导线 1 经经 a 点流点流入电阻均匀分布的正方形线框，再由入电阻均匀分布的正方形线框，再由 b 点点流出，经长直导线流出，经长直导线 2 返回电源（导线返回电源（导线 1、2 的延长线均通过的延长线均通过 o 点）。设载流导线点）。设载流导线 1、2和正方形线框在框中心和正方形线框在框中心o 点产生的磁感应点产生的磁感应强度分别用强度分别用 b b1、b b2、b b3 表示，则表示，则 o 点的点的感应强度大小感应强度大小12iioab38（d）b 0，因为虽然因为虽然b3=0，但但b1+b2 0（c）b 0，因为虽然因为虽然b1+b2=0，但但b3 0（b）b=0，因为虽然因为虽然b10、b2 0、 b3 0，但但b1+b2+b3=0。（a）b=0，因为因