电流和磁场演示文稿

电流和磁场演示文稿1现在是1页\一共有83页\编辑于星期日优选电流和磁场现在是2页\一共有83页\编辑于星期日3一、电流和电流密度2.电流强度大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。

方向：正电荷运动的方向单位：安培（A

），是基本单位。电量单位：库伦（C）1C=1As现在是3页\一共有83页\编辑于星期日4一、电流和电流密度3.电流密度矢量

电流强度反映电流通过某截面的情况，它反映电流强弱这样一个总体特征。不能反映电流通过某点情况，即不能反映电流的分布。····abcd如对横截面不等的导体，I不能反映不同截面处及同一截面不同位置处电流流动的情况。电流密度矢量的引人现在是4页\一共有83页\编辑于星期日5电流密度定义式大小：通过与该点场强方向垂直的单位截面积的电流强度。方向：该点场强的方向。单位：A/m2现在是5页\一共有83页\编辑于星期日6电流密度的计算在导体内取，且与vd垂直设图示导体内单位体积内自由电子数为n，每个自由电子电量为q,其电子的定向漂移速度平均值为vd现在是6页\一共有83页\编辑于星期日7在内，在体积在内自由电子通过，则由定义得（电流密度反映电流通过某点的情况。）现在是7页\一共有83页\编辑于星期日8穿过某截面的电流强度等于电流密度矢量穿过该截面的通量。即电流强度是电流密度的通量。电流强度反映电流通过某截面的情况，电流密度反映电流通过某点的情况。4、电流强度和电流密度的关系现在是8页\一共有83页\编辑于星期日9通过面元dS的电流强度通过电流场中任一面积S

的电流强度一、电流和电流密度5、电流的连续性方程现在是9页\一共有83页\编辑于星期日10通过电流场中任一闭合曲面S

的电流强度S一、电流和电流密度是净流出闭合曲面S的电流。即单位时间内净流出S面的电量现在是10页\一共有83页\编辑于星期日11一、电流和电流密度由电荷守恒定律可知，单位时间内由S流出的净电量应等于S内电量的减少，即

称电流的连续性方程现在是11页\一共有83页\编辑于星期日12电荷之间的相互作用有以下四种情况：施力体力的性质实现方式受力体静止电荷静止电荷运动电荷静止电荷静止电荷运动电荷运动电荷运动电荷电场力电场力电场力磁力电场力通过电场、磁场实现通过电场实现与带电体的运动速度有关三、磁力与电荷的运动现在是12页\一共有83页\编辑于星期日13结论：电荷与电荷之间的作用力是电场力还是磁力取决于电荷的运动。换句话说，电荷周围产生电场还是磁场，取决于参考系的选择。电场和磁场不是两个独立的实体，它们构成一个统一实体——电磁场。三、磁力与电荷的运动一切电磁现象都起因于电荷及电荷运动。现在是13页\一共有83页\编辑于星期日14磁力存在于下列几种情况：磁铁磁铁磁铁电流（或运动电荷）电流（或运动电荷）电流（或运动电荷）三、磁力与电荷的运动现在是14页\一共有83页\编辑于星期日15SNSN磁铁间的相互作用——基本磁现象现在是15页\一共有83页\编辑于星期日16ISN电流对磁铁的作用现在是16页\一共有83页\编辑于星期日17现在是17页\一共有83页\编辑于星期日18现在是18页\一共有83页\编辑于星期日19S+磁场对运动电荷的作用N电子束现在是19页\一共有83页\编辑于星期日20电流与电流之间的相互作用FFII现在是20页\一共有83页\编辑于星期日21电流与电流之间的相互作用IIFF现在是21页\一共有83页\编辑于星期日22现在是22页\一共有83页\编辑于星期日23++vvFFee电力电力FFmm磁力磁力运动电荷与运动电荷的相互作用现在是23页\一共有83页\编辑于星期日241822年安培提出磁现象的本质假说：磁现象起源于电流（电荷运动）。对于磁性物质，分子中存在分子电流，它们按某种规则排列，对外产生磁效应。永磁体三、磁力与电荷的运动磁力(磁性）产生的根源是什么？分子电流现在是24页\一共有83页\编辑于星期日25所有磁现象可归纳为：运动电荷

AA的磁场B的磁场产生作于用产生作于用运动电荷

B结论：磁力（磁现象）都是运动电荷之间相互作用的表现。现在是25页\一共有83页\编辑于星期日26四、磁场和磁感应强度

1.磁场运动电荷周围既有电场又有磁场磁场是物质存在的一种形态，具有质量、能量、动量，对外表现在：对处于其中的运动电荷(或电流)有作用力；在磁场中移动载流导线，磁场对载流导线做功。磁场用什么量描述？现在是26页\一共有83页\编辑于星期日27

2.磁感应强度四、磁场和磁感应强度描述磁场性质的重要物理量磁感应强度的定义：运动电荷在磁场中要受到磁力作用，实验证明：①磁力大小和电荷运动方向有关；②当电荷沿某一特定方向(或反方向)运动时磁力为零，定义磁力为零的方向(或反方向)为磁场的方向。现在是27页\一共有83页\编辑于星期日28③当电荷运动方向和磁场方向垂直时，所受磁力最大。磁感应强度B

的大小:即:无论电荷运动方向如何,都可定义:当电荷运动方向与成时，发现现在是28页\一共有83页\编辑于星期日29关于磁感应强度的讨论：磁感应强度是反映磁场性质的物理量，与引入到磁场的运动电荷

无关。现在是29页\一共有83页\编辑于星期日30四、磁场和磁感应强度记作其中、、三矢量符合右手螺旋定则

磁感应强度的单位特斯拉简称为特（T）高斯（G）1G

=10-4TP.409表14.1

运动电荷在磁场中受磁力现在是30页\一共有83页\编辑于星期日31四、磁场和磁感应强度

3、运动电荷在电磁场中受力：电场力，与电荷的运动状态无关四、磁场和磁感应强度洛仑兹力公式

磁场力，与电荷的运动状态有关现在是31页\一共有83页\编辑于星期日32四、磁场和磁感应强度

4.磁感应线描述磁场性质的物理量：磁感应强度磁感应线（B线）

磁感应线的规定：磁感应线上任一点的切线方向为该点磁感应强度B的方向；通过垂直于B的单位面积上的磁感应线的条数等于该处B值的大小。现在是32页\一共有83页\编辑于星期日33各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线I现在是33页\一共有83页\编辑于星期日34圆形电流的磁感线I现在是34页\一共有83页\编辑于星期日35直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线现在是35页\一共有83页\编辑于星期日36通电螺线管的磁感应线II现在是36页\一共有83页\编辑于星期日37磁感应线的特征：无头无尾的闭合曲线与电流套连与电流成右手螺旋关系现在是37页\一共有83页\编辑于星期日38四、磁场和磁感应强度通过某一面积S的磁通量

等于通过该面积的磁感应线的总条数。磁通量单位韦伯简称为韦（Wb）

1Wb

=1Tm2

故磁感应强度单位也可写成

1T=1Wb/m2

5.磁通量现在是38页\一共有83页\编辑于星期日39五、比奥-萨伐尔定律

1.

比奥-萨伐尔定律（1820年10月）称为真空中的磁导率定律内容：载流导线上任一电流元在真空中某点P处产生的磁感强度现在是39页\一共有83页\编辑于星期日40大小：方向：如图所示既垂直电流元又垂直矢径五、比奥-萨伐尔定律现在是40页\一共有83页\编辑于星期日41五、比奥-萨伐尔定律

2.

磁通连续定理磁场的磁感线都是闭合的曲线。任何磁场中通过任意封闭曲面的磁通量总等于零。可见，不存在磁单极子或“磁荷”。比较现在是41页\一共有83页\编辑于星期日42已知任一电流分布，求其磁感强度五、比奥-萨伐尔定律3、毕奥－萨伐尔定律应用方法：(1)将电流分解为无数个电流元矢量积分须化作分量积分去做：(2)由电流元求(据毕—萨定律)(3)对积分求Bx=dBx

；By=dBy

；Bz=dBz现在是42页\一共有83页\编辑于星期日43B=dB=04Idlsin

r2[例1]长直电流的磁场·任取一电流元Idl，它在P点产生的磁场大小为方向如图

dB=04Idlsin

r2·把直电流分为无数电流元·本例中，所有电流元在P点产生的磁场方向相同，于是P点B的大小为

五、比奥-萨伐尔定律·ParIdl21dBol现在是43页\一共有83页\编辑于星期日441=0；2=

，有B=0I2aB=0I4a(cos1-cos2)·特例：（1）对无限长直电流，

·ParIdl21dBolB=dB=04Idlsin

r2·利用r=a/sin；=-acot；d=a*d/sin2，可得现在是44页\一共有83页\编辑于星期日45（2）场点在直电流延长线上现在是45页\一共有83页\编辑于星期日46无限长载流直导线的磁场:(因为)直导线延长线上一点的磁场:(因为在中)一段载流直导线的磁场:现在是46页\一共有83页\编辑于星期日47例2求圆电流中心的磁感强度即：圆电流在中心产生磁场现在是47页\一共有83页\编辑于星期日48例3圆电流轴线上任一点的磁场IxyzoRP.x圆电流的电流强度为I，半径为R

建立如图所示的坐标系。圆电流在yoz平面内，场点P坐标为x

现在是48页\一共有83页\编辑于星期日49相互垂直所以IxyzoRP.x组成的平面垂直组成的平面由此可知第二步：分析各量关系明确的方向和大小现在是49页\一共有83页\编辑于星期日50IxyzoRP.x组成的平面第三步：根据坐标写分量式现在是50页\一共有83页\编辑于星期日51第四步：考虑所有电流元在P点的贡献IxyzoRP.x组成的平面由对称性可知每一对对称的电流元在P点的磁场垂直分量相互抵消所以现在是51页\一共有83页\编辑于星期日52IxyzoRP.x组成的平面结论：在P点的磁感强度方向：沿轴向与电流成右手螺旋关系现在是52页\一共有83页\编辑于星期日53讨论1）圆电流中心的场2）若x>>R

即场点离圆电流很远现在是53页\一共有83页\编辑于星期日54小结：一段载流直导线的磁场：长直螺线管内部：无限长载流直导线的磁场：直导线延长线上一点的磁场:圆电流在中心产生磁场：现在是54页\一共有83页\编辑于星期日55练习：如下列各图示，求圆心O点的磁感应强度。OIOIOI现在是55页\一共有83页\编辑于星期日56例:AA’和CC’为两个正交放置的圆形线圈，其圆心相重合。AA’线圈半径为20.0cm，共10匝，通有电流10.0A;CC’线圈半径为10.0cm，共20匝，通有电流5.0A。求两线圈公共中心O点的磁感应强度的大小和方向.现在是56页\一共有83页\编辑于星期日57七、安培环路定理1.

定理表述在恒定电流的磁场中，磁感应强度沿任何闭合路径的线积分（即环路积分），等于穿过该回路的所有（传导）电流的代数和的0倍，而与路径的形状大小无关。现在是57页\一共有83页\编辑于星期日58七、安培环路定理在磁场中任取的一闭合线，任意规定一个绕行方向注意L上的任一线元与L套连的闭合恒定电流，与L绕行方向成右螺时取正，反之取负。L上的，空间所有恒定电流共同产生的只有环路内的电流对环流有贡献。现在是58页\一共有83页\编辑于星期日59七、安培环路定理

2.特例验证如图，真空中有一载流无限长直导线，在垂直于电流I

的平面上任取闭合路径

L

为积分路径，磁感应强度的环流为若I在L内（L包围I）,L在垂直于电流I

的平面上：现在是59页\一共有83页\编辑于星期日60七、安培环路定理若I在L外（L未包围I），L在垂直于电流I

的平面上：现在是60页\一共有83页\编辑于星期日61七、安培环路定理对非平面闭合路径，r和dr可以分解为平行于电流I分量和垂直于电流I的分量。现在是61页\一共有83页\编辑于星期日62七、安培环路定理其他情况现在是62页\一共有83页\编辑于星期日63现在是63页\一共有83页\编辑于星期日64静电场稳恒磁场磁场没有保守性，它是非保守场，或无势场电场有保守性，它是保守场，或有势场电力线起于正电荷、止于负电荷。静电场是有源场磁力线闭合、无自由磁荷磁场是无源场现在是64页\一共有83页\编辑于星期日65取一闭合积分回路L，使三根载流导线穿过它所围成的面。现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出积分回路，则

（填“不变或变”）；L上各点的

（填“不变或变”）。答案：不变、变。课堂练习现在是65页\一共有83页\编辑于星期日66答案：如图，平行的无限长直载流导线A和B，电流强度为I，垂直纸面向外，两根载流导线之间相距为a，则中点（p点）的磁感应强度——————，磁感应强度

沿图中环路l的线积分课堂练习现在是66页\一共有83页\编辑于星期日67在图(a)和(b)中各有一半径相同的圆形回路L1、L2，圆周内有电流I1、I2，其分布相同，且均在真空中，但在(b)图中L2回路外有电流I3，P1、P2为两圆形回路上的对应点，则：⑴⑵⑶⑷(a)(b)答案：（3）现在是67页\一共有83页\编辑于星期日68八、利用安培环路定理求磁场的分布1.

利用安培环路定理求磁场的步骤依据电流的对称性分析磁场分布的对称性；依据磁场分布的对称性选取合适的闭合路径（又称为安培环路），确保能使B

以标量的形式从积分号内提出来。现在是68页\一共有83页\编辑于星期日69八、利用安培环路定理求磁场的分布2.

安培环路定理的应用举例

例1.无限长载流圆柱形导体的磁场分布。设圆柱半径为R，横截面上均匀地通有总电流I，沿轴线流动。求磁场分布。解：由对称性分析，圆柱体内外空间的磁感应线是一系列同轴圆周线。在平行于轴线的直线上各点的B

相同。现在是69页\一共有83页\编辑于星期日70八、利用安培环路定理求磁场的分布（1）r>R

现在是70页\一共有83页\编辑于星期日71（2）r<R

,同理现在是71页\一共有83页\编辑于星期日72八、利用安培环路定理求磁场的分布讨论若电流为面分布，即电流

I

均匀分布在圆柱面上，则由安培环路定理得空间的磁场分布为：现在是72页\一共有83页\编辑于星期日73例2、环形载流螺线管内的磁场分布................................已知：I

、N、R1、R2N—导线总匝数磁力线分布如图：在管内，作积分回路如图则沿该闭合回路的环流为：根据安培环路定理：现在是73页\一共有83页\编辑于星期日74若、则：................................现在是74页\一共有83页\编辑于星期日75注：环管外L现在是75页\一共有83页\编辑于星期日76II例3、长直载流螺线管内的磁场分布根据安培环路定理，沿磁感应线取