大学物理学32第十一章1-4 恒定电流 电源 电动势 磁场 磁感强度毕奥-萨伐尔定律

1、第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件大学物理学电子教案大学物理学电子教案电流、电源、磁场和毕奥电流、电源、磁场和毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律11-1 恒定电流恒定电流11-2 电源电源 电动势电动势11-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度11-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件复复 习习QUCUCQW2121222EDEwre212120静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度第十一章

2、第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。内部没有电荷作定向的宏观运动。 如果把导体接在电源的两极如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，力的作用下作宏观的定向运动，形成形成电流电流。Uv恒定电流恒定电流1、形成电流

3、的条件形成电流的条件2、电流的方、电流的方向向自由移动的电荷自由移动的电荷导体两端要存在有电势差导体两端要存在有电势差正电荷移动的方向正电荷移动的方向第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件+IS 11-1 恒定电流恒定电流 一一 电流电流 电流密度电流密度SenIdv 1 电流电流为电子的为电子的漂移速度漂移速度大小大小dv单位单位: 1A A 10mA-3tqIddtSenqdddv 定义：为通过截面定义：为通过截面S 的电荷随时间的的电荷随时间的变化率变化率.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程

4、物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件sSjIdcosdddSjSjIdcosddcosdddvenSIStQj 2 电流密度电流密度SdjI该点该点正正电荷电荷运动方向运动方向j方向方向规定：规定： 大小大小规定：等于在单位时间内过该点附近垂直于规定：等于在单位时间内过该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷正电荷运动方向的单位面积的电荷第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例 （1）若）若每个铜原子贡献一个自由电子每个铜原子贡献一个自由电子 ，问，问铜

5、导线中自由电子铜导线中自由电子 数密数密 度为多少？度为多少？ （2）家用线路电流最大值家用线路电流最大值 15A， 铜铜 导导 线半径线半径0.81mm此时电子漂移速率多少？此时电子漂移速率多少？ （3）铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？解解 (1)328m/1048. 8个MNnA(2)1 -1 -4hm2sm1036. 5nSeIdv(3)26224mA1028. 7mA1010. 8(15）SIj第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件11-2 电源电源 电动

6、势电动势第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 非静电力非静电力: 能不断分离正负电能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动荷使正电荷逆静电场力方向运动.电源电源：提供非静电力的装置：提供非静电力的装置. 非静电非静电电场强度电场强度 : 为单位为单位正电荷所受的非静电力正电荷所受的非静电力.kElklklEqlEEqWdd)( 电动势的定义：电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功非静电力所做的功.E+-RIqlEqqWlkdE 电动势电动势+kE第十

7、一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 电源的电动势电源的电动势 和内阻和内阻 EiRE*正正极极负负极极电源电源+_iRlElEkkdd内外E0d 外lEk 电源电动势大小电源电动势大小等于将单位正电荷从负极经电源等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功内部移至正极时非静电力所作的功.lElEklkdd内E电源电动势电源电动势第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件静止电荷静止电荷静电场静电场运动电荷运动电

8、荷电场、电场、磁场磁场稳恒电流产生的磁场不随时间变化稳恒电流产生的磁场不随时间变化稳恒磁场稳恒磁场稳恒磁场稳恒磁场内容：内容：描述磁场的基本物理量描述磁场的基本物理量磁感应强度磁感应强度电流磁场的基本方程电流磁场的基本方程Biot-savart定律定律磁场性质的基本方程磁场性质的基本方程高斯定理高斯定理与与安培环路定理安培环路定理磁场对电流与运动电荷的作用磁场对电流与运动电荷的作用Lorentz力、力、Ampere力力 第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件磁性磁性天然磁石成人工磁铁吸收铁天然磁石成人工磁铁

9、吸收铁(Fe)，钴钴( Co)，镍，镍(Ni)的性质。的性质。 磁体磁体具有磁性的物体具有磁性的物体 永久磁体永久磁体长期保持磁性长期保持磁性 的物体的物体磁极磁极条形磁铁两端磁性最强的部分条形磁铁两端磁性最强的部分在水平面内自由转动的条形磁铁，在平衡时在水平面内自由转动的条形磁铁，在平衡时总是指向南北方向的，分别称为磁铁的两极总是指向南北方向的，分别称为磁铁的两极（N、S）。）。不存在磁单极不存在磁单极磁力磁力磁体之间的相互作用，同极相斥，异磁体之间的相互作用，同极相斥，异极相吸极相吸一、磁现象及其规律一、磁现象及其规律第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版

10、）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件磁针和磁针磁针和磁针II载流导线与载流载流导线与载流导线的相互作用导线的相互作用在磁场中运动的在磁场中运动的电荷受到的磁力电荷受到的磁力磁铁与载流导磁铁与载流导线的相互作用线的相互作用INSNSNS电流的磁效应电流的磁效应奥斯特（奥斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麦物理学家，发现了丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从电流对磁针的作用，从而导致了而导致了1919世纪中叶电世纪中叶电磁理论的统一和发展。磁理论的统一和发展。 志同道合志同道合二、二、电流的磁效应电流的磁效应第十一章第十一章 恒定磁场恒

11、定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件运动电荷还要激发磁场；运动电荷还要激发磁场；运动的电荷在电磁场中将受运动的电荷在电磁场中将受到磁场力的作用；到磁场力的作用；一切磁现象起源于电荷的运一切磁现象起源于电荷的运动，磁场力就是运动电荷之动，磁场力就是运动电荷之间的一种相互作用力。间的一种相互作用力。小小 结结第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件11-3 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度在运动电荷（或电流）周围空间存在的一种特殊形式的物质。在运动电荷（

12、或电流）周围空间存在的一种特殊形式的物质。1、概念、概念磁场对磁体、运动电荷或载磁场对磁体、运动电荷或载流导线有磁场力的作用；流导线有磁场力的作用；载流导线在磁场中运动时，载流导线在磁场中运动时，磁场力要作功磁场力要作功磁场具有磁场具有能量。能量。2、磁场的特性、磁场的特性运动电荷运动电荷磁磁 铁铁电电 流流电电 流流运动电荷运动电荷磁磁 铁铁磁磁场场一、磁场一、磁场第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件xyzoP* 3、磁场、磁场运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场0F二二 磁磁 感感 强强 度度 的

13、的 定定 义义B 带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关. 实验发现带电粒子在磁实验发现带电粒子在磁场中某点场中某点P 沿某一沿某一特定特定方向方向（或其反方向）运动时不受（或其反方向）运动时不受力，且此力，且此特定特定方向与小磁针方向与小磁针指向一致指向一致.+v+vvv第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 带电粒子在磁场中沿带电粒子在磁场中沿其他方向运动时，其受力其他方向运动时，其受力 垂直垂直于于 与该特定方向与该特定方向所组成的平面所组成的平面.v 当

14、带电粒子在磁场中当带电粒子在磁场中垂直于此特定方向运动时垂直于此特定方向运动时受力最大受力最大.FFFmaxvqFmax大小与大小与 无关无关v, qvqFmax第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件单位单位 特斯拉特斯拉mN/A1)T( 1+qvBmaxF 磁感强度磁感强度 的定义：的定义：若若带带电粒子在磁场中某点向某方向电粒子在磁场中某点向某方向运动不受力，且该方向与小磁运动不受力，且该方向与小磁针在该点指向一致，此针在该点指向一致，此特定特定方方向向定义为该点的定义为该点的 的方向的方向. BBvq

15、FBmax磁感强度大小磁感强度大小运动电荷在磁场中受力运动电荷在磁场中受力BqF v第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件IP*一一 毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律(电流元在空间产生的磁场电流元在空间产生的磁场)20sind4drlIB30d4drrlIB真空磁导率真空磁导率 270AN104lIdBd30d4drrlIBB 任意载流导线在点任意载流导线在点 P 处的磁感强度处的磁感强度磁感强度叠加原理磁感强度叠加原理rlIdrBd11-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理

16、学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件12345678lId例例 判断下列各点磁感强度的方向和大小判断下列各点磁感强度的方向和大小.R+1、5 点点 ：0dB3、7点点 ：204ddRlIB02045sin4ddRlIB2、4、6、8 点点 ：30d4drrlIB毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件yxzIPCDo0r* 例例1 载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场.Bd解解20sind4drzIBCDrzIBB20sind4d

17、sin/,cot00rrrz20sin/ddrz 方向均沿方向均沿 x 轴的负方向轴的负方向Bd1r二二 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律应用举例应用举例221dsin400rIBzzd第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件）（2100coscos4rI 的方向沿的方向沿 x 轴的负方向轴的负方向.B21dsin400rIB无限长无限长载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场.021002rIB）（2100coscos4rIB12PCDyxzoIB+第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）

18、（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件IBrIB20 电流与磁感强度成电流与磁感强度成右螺旋关系右螺旋关系半无限长半无限长载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场rIBP40 无限长载流长直导线的磁场无限长载流长直导线的磁场r*PIo221IBX X第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件Ix 真空中真空中 , 半径为半径为R 的载流导线的载流导线 , 通有电流通有电流I , 称称圆圆电流电流. 求求其其轴线上一点轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小的磁感强度的方向和大小. 解解 根据对

19、称性分析根据对称性分析sindBBBx20d4drlIB例例2 圆形载流导线的磁场圆形载流导线的磁场.rBdBBlIdpRo*第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件xxRp*20dcos4drlIBxlrlIB20dcos4222cosxRrrRRlrIRB2030d42322202）（RxIRB20d4drlIBoBdrlId第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件2322202）（RxIRBRIB20 3）0 x303

20、2022xISBxIRB，4）Rx2） 的方向不变的方向不变( 和和 成成右螺旋右螺旋关系）关系）0 xBIB1）若线圈有）若线圈有 匝匝N2322202）（RxIRNB讨讨论论x*BxoRI第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件IS三三 磁矩磁矩neISmmne3202xIRBmISnen302exmB302xmB 说明说明：只有当圆形电流的面积：只有当圆形电流的面积 S 很小，或场点距很小，或场点距圆电流很远时，才能把圆电流叫做圆电流很远时，才能把圆电流叫做磁偶极子磁偶极子. 例例2 2 中圆电流磁感强

21、度中圆电流磁感强度公式也可写成公式也可写成第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件oI2R1R（5）* Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）RIB200RIB400RIB8001010200444RIRIRIBdIBA40 x0B第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件+ + + + + + + +pR+ +*例例3 载流直螺线管的磁场载流直螺线管的磁场 如图所示，有一长为如图所示，有一长为 l , 半径为半径为R的载流密绕直螺的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为线管，螺线管的总匝数为N，通有电流通有电流 I. 设把螺线管设把螺线管放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度.2/322202）（RxIRB解解 由圆形电流磁场公式由圆形电流磁场公式oxxdx第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件op1xx2x+ + + + + + + + +2/32220d2dxRxInRBcotRx 2222cscRxR212/32220d2dxxxRxRnIBBdcscd2Rx21ds