磁场强毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生磁场PPT课件

1、11.磁铁及其特性天然磁铁-磁铁矿（Fe3O4）人造磁铁：NSSN特性：1）能吸引铁、钴、镍等物质-这种性质叫磁性。2）具有两极且同性相斥，异性相吸。3)目前还无法获得磁单极。2.电流的磁效应、磁性的起源INS1）磁铁与电流的相互作用；2）电流与电流的相互作用；NSNSFI第1页/共21页2 电流周围具有磁性，电流与磁铁、电流与电流之间都有具有相互作用，一个载流线圈的行为与磁铁的行为一样。并且电流与电流之间以及电流与磁铁之间的相互作用与磁铁和磁铁之间的相互作用具有相同的性质。结论：安培假说：（1822年）一切磁现象都起源于电流。i-+vSNNS总结：一切磁现象都可以归结为运动电荷（即电流）之间

2、的相互作用。磁场力是电荷之间的另一种力。电与磁之间存在着内在的联系。 磁铁的磁性是由于其中存在着微小的环形分子电流，分子电流相当于一个基元磁铁都要产生磁效应。 整个物体的磁效应就是所有分子电流对外界磁效应的总和。磁性物质的本质在于其分子电流的有序排列 。第2页/共21页3磁铁和运动电荷（电流）会在周围空间激发场-磁场注意：无论电荷是运动还是静止，它们之间都存在着库仑相互作用，但只有运动着的电荷才存在着磁相互作用。磁场的基本性质：对运动电荷（电流）有力的作用。1）磁场对磁铁、对电流、对运动电荷均有磁作用力；2）载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对它作功。磁场是一种物质，恒定磁场在空间的分布不随

3、时间变化的磁场。 磁铁与磁铁，磁铁与电流，电流与电流之间都是通过磁场相互作用的。磁场是一种客观存在，是物质存在的一种形式。其物质性体现在：第3页/共21页4 当运动电荷速度与磁场方向垂直时受到洛伦兹力 fL 最大。 当电荷运动速度与磁场方向一致时电荷受力为 0 。 当把运动电荷放在磁场中后，它会受到一种与其速度有关的力，这个力称为洛仑兹力。描述磁场性质的基本物理量。1.磁感应强度的定义vBqLfvBq定义：磁感应强度大小：电荷运动速度电荷电量仑兹力运动电荷受到的最大洛B第4页/共21页5单位:特斯拉（T）。方向:小磁针在该点平衡时， N 极的指向。qvfBLmaxB注意： 的大小和方向是分别定

4、义的；研究一段电流元产生磁感应强度的规律。lIdPrlId表述：电流元 在空间 点产生的磁场 为：PBd304rrlIdBdlId电流元 ：Idl方向：线元上通过的电流的方向。大小：第5页/共21页6)/(1041272ANcoo304rrlIdBd真空中的磁导率r的方向：从电流元所在位置指向场点P。LoLrrlIdBdB24一段载流导线产生的磁场：Bd 的方向垂直于 和 所形成的平面。lIdr 的方向。rlId大小：20sin4rIdldB方向：lIdr rlIdPrBd为 与 之间的夹角。lIdrBd第6页/共21页730 4rrlIdBd4.求 B 的分量 Bx 、By 、Bz ;222

5、zyxBBBB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2.应用毕萨定律解题的方法,xxdBB,yydBBzzdBB,kBjBiBBzyx222zyxBBBB直角坐标系：LoLrrlIdBdB24第7页/共21页8例1:一段有限长载流直导线,通有电流为 I ,求距 a 处的 P 点磁感应强度。解:20sin4rIdldB)ctg( alr rBdaxolllIdP21ctgadadl2csccscar2220cscsincsc 4adIadBdaIsin4 0dBBdaIsin4021210coscos4 aI分割电流元第8页/共21页9210c

6、oscos4aIB讨论:1.无限长载流直导线的磁场： , 01; 2aIB202.半无限长载流直导线的磁场：,21aIB40IaP; 2r rBdaxolllIdP21IaP,1;2) 1(cos40aIB3.半无限长载流直导线的磁场：第9页/共21页10例2：一正方形载流线圈边长为 b,通有电流为 I，求正方形中心的磁感应强度 B。Iob解：o 点的 B 是由四条载流边分别产生的，它们大小、方向相同，B= B1+ B2+ B3+ B4= 4B1B B21 ,41 43243cos4cos2/440bIBbI0224.载流导线延长线上任一点的磁场0BIaP,/ rlId0rlId第10页/共2

7、1页11I 分割电流元为无限多宽为 dx的无限长载流直导线；解：以 P 点为坐标原点，向右为坐标正向；电流元电流aPbdxoxxdxaIdIdI例3：一宽为 a 无限长载流平面，通有电流 I , 求距平面左侧为 b 与电流共面的 P 点磁感应强度 B 的大小。xdIdB20axIdx20dBBbabaxIdx20bbaaIln20第11页/共21页12例4：一载流圆环半径为R 通有电流为 I，求圆环轴线上一点的磁感应强度 B。解：将圆环分割为无限多个电流元； 电流元在轴线上产生的磁感应强度 dB 为：rIoxRxPBd,4sin20rIdldB2在 x 轴下方找出 dl 关于 x 轴对称的一个

8、电流元 Idl， 由对称性可知，dl 和 dl 在 P 点产生的 dB 在 x 方向大小相等方向相同，垂直x方向大小相等方向相反，相互抵消。dBxdBdBxdBBdlId , 0B22BBBxxBlId第12页/共21页13dlrRrIR20204rRsinRdlrIR20304xdBBRrIR24303202rIR2/322202RxIR2/322202RxIRBxdBBsindB讨论:载流圆环环心处x = 0;RIBo20有： IoRB BrIoxRxPBddBxdBdBxdBBdlId lId第13页/共21页1423222)(2lxRdlInRdBo 长度为 内的各匝圆线圈的总效果，是

9、一匝圆电流线圈的 倍。dlndl例5：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lxoIdlR Bd解：将螺线管分割成许多圆线圈。统一变量：RctglxdRdl2sinRlxRR323222sin)(21P第14页/共21页152123222)(2LLolxRdlInRB21plxRoIdl B21sin2dnIo)cos(cos221nIo 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。21, 0nIBo在管端口处，磁场等于中心处的一半。2/, 021BII讨论:2nIBo1.无限长：2.管端口处：第15页/共21页16例6：两个相

10、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：21BBBRNIB2012322202)(2xRRNIB(1)电流方向相同：21BBB)(1 2232230 xRRRNIT1051. 85(2)电流方向相反：21BBB)(1 2232230 xRRRNIT1006. 45第16页/共21页17例7：一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。RoIIabcd012

11、0解：直线段ab在o点产生的磁场：030)30cos0(cos30sin400001RIB)231 (20RI向里cd段：)180cos150(cos30sin400003RIB)231 (20RIRIRIBcb6312002产生的磁场圆弧向里321BBBBRIRI6)231 (00第17页/共21页18例8：计算组合载流导体在 o 点的磁感应强度。解：o 点 B 由三段载流导体产生。cdbcaboBBBB规定向里为正向，bcaboBBBRIRI44001140RIRabcd 考虑一段导体，其截面积为S，其中自由电荷的密度为n，载流子带正电q，以同一平均速度 运动。vvvIS+tqINqnqvSVqn第18页/共21页19 电流元产生的磁场相当于电流元内 dN 个运动电荷产生的磁场。一个运动电荷产生的磁场为：30 4rrl dIBddNBdBdN = ndV体= nSdlSdNlId在该导体上选取一个电流元 ，它产生的磁场为：lIdPrBd而电荷元内电荷的数目为：30 4rdlrvdlq30 4rdNrl dI30 4rdlnSrl dvSnq30 4rrvq30 4rrvqB运动电荷的磁场公式：第19页/共21页20例9：氢原