物理学课件 7.1,7.2.ppt

1、第七章 稳恒磁场,电磁场,静止的电荷周围存在电场， 而运动的电荷周围不但有电场而且还存在磁场。,本章着重讨论稳恒电流(或相对参考系以恒定速度运动的电荷)激发稳恒磁场不随时间变化的磁场的规律和性质。,本章研究方法与静电场非常相似，应有意识地对比。,引言：基本磁现象（Basic Magnetic phenomena）,磁现象的发现要比电现象早得多。公元前六、七世纪（春秋战国时期），就发现磁石吸铁现象；,东汉时期，发明了磁性指南器具“司南”；十一世纪北宋时，发明了“指南针”。,明朝郑和七下西洋比哥仑布、达加玛早半世纪,一、基本磁现象,我国是发现并最早应用磁现象的国家；,7.1 磁场 磁感应强度,磁现

2、象,春秋战国时期管子“上有丹砂者，下有黄金。上有慈石者，下有铜金。” 吕氏春秋“慈石召铁，或引之也。” 淮南子“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦则难矣。固物不可以论轻重论也。” “慈石能引铁，及其于铜，则不行也。” 史记正义“取鸡血与针磨捣之，以和慈石，用涂头，置局上，即相距不止也。”,小魔术 磁屏蔽 刘献廷 广阳杂记 “ 慈石吸铁，何物可以隔之？唯铁可以隔耳。试之果然。 ”,慈石的药用价值,郑玄 “五毒，黄堥，石胆，丹砂，雄黄。钒石，慈石，烧三日三夜，其烟上竹，以鸡羽扫取之。以注创，恶肉破骨则尽出。” 陶弘景“养肾脏，强骨气，益精除烦，通关节，消痈肿，喉痛，小儿惊痫，炼水饮之，亦令人有子。”

3、李时珍“慈（磁）石三十两，白石英二十两，槌碎瓮盛，水二斗浸于露地。每日取水作粥食，经年气力强盛，颜如童子。” 唐慎徽“治小儿误吞针，用磁石如枣核大，磨令光，钻作窍，丝穿令含，针自出。疗误吞钱，以磁石枣许大一块，含之立出。”,磁石建筑,唐.李吉甫的元和郡县志：“秦磁石门，在县东南十五里，东南有阁道，即阿房宫之北门也。累磁石为之，著铁甲入者，磁石吸之不得过。羌胡以为神。” 晋书.马隆传：“初，刺使杨欣失羌戎之和，（马）隆陈其必败。奇谋间发，出敌不意。或夹道累磁石，贼负铁铠，行不得前，隆卒悉被犀甲，无所留碍，贼以为神。转战千里，杀伤以千数。”,永久磁铁及其特性,天然磁铁-磁铁矿（Fe3O4）,人造磁

4、铁：用Ni、Fe、Co合金制成条形、马蹄形等，再放入通有电流的线圈中磁化成为永久磁铁。,特性(演示)：,能吸引铁、钴、镍等物质-这种性质叫磁性,条形磁铁或磁针两端磁性特别强磁极,具有两极且同性磁极相斥，异性磁极相吸。,指向性：,指向北方的磁极北极N；指向南方的磁极北极S。,磁铁具有指向性的事实说明：,地球本身就是一个巨大的磁体，其N极位于地理南极附近，其S极位于地理北极附近。,将磁针悬挂或支撑使其能在水平面内自由转动，磁针自动地转向南北方向。,目前还无法获得磁单极磁极不能单独存在。,磁性、极性和极性的不可分割性,二、电流的磁效应,早期人们认为电现象和磁现象互不相干，直到十九世纪初，才发现二者的

5、联系。,1.载流直导线的磁效应,从1807年1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现：载流直导线周围的磁铁会受到力的作用而发生偏转。,如果周围没有其它磁性物质，小磁针仅受地磁场作用指向南北；,当导体通有电流时，小磁针发生偏转，达到一新的平衡位置。,说明：,电流对磁极有作用力。,2.1820年9月法国物理学家安培发现磁场对电流有作用力；后来，又发现载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。,演示：,磁 场,电流,磁铁,磁场,磁铁,电流,三、磁性的起源物质磁性的电本质。,安培假说：（1822年）,一切磁现象都是电流产生的（或运动电荷）,磁铁的磁性是分子电流产生的。,这一假说又称分子环流假说。,物质由分

6、子组成，分子,电子(-):绕核旋转，自旋,原子核(+):质子、中子,电子的运动形成电流，激发磁场。一个分子可能含多个原子，每个原子又可含多个电子。,一个分子所有运动着的电子激发的磁场，从总的效果看，相当于一个环形电流所激发的磁场，此环形电流分子电流,分子电流产生的磁场在轴线上；其方向用右手定则判定。,成功解释现象：,磁铁具有磁性和被磁化；,为什么不存在磁单极,总之：无论是磁铁，还是导线中的电流，它们的磁效应均起源于电荷的运动。,磁铁在外磁场中受到的力矩作用；,静电学中：,磁感应强度,+,试验电荷 受力,定义：电场强度,描述电场,稳恒磁场中：,描述磁场,运动电荷 受磁力,定义：磁感应强度,磁 感

7、 强 度 的 定 义,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场中沿某一特定直线方向运动时不受力，此直线方向与电荷无关.,当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时受力最大.,带电粒子在磁场中沿其他方向运动时 垂直于 与特定直线所组成的平面.,单位 特斯拉,磁感强度 的定义：当 正电荷垂直于特定直线运动 时，受力 将 方 向定义为该点的 的方向.,磁感强度大小,运动电荷在磁场中受力,大小与 无关,一 毕奥萨伐尔定律,(电流元在空间产生的磁场),真空磁导率,+,+,+,1、5 点 ：,3、7点 ：,2、4、6、8 点 ：,毕奥萨伐尔定律,例1 载流长直导线的磁场.,解,方

8、向均沿 x 轴的负方向,二 毕奥-萨伐尔定律应用举例,的方向沿 x 轴的负方向.,无限长载流长直导线的磁场.,电流与磁感强度成右螺旋关系,半无限长载流长直导线的磁场,无限长载流长直导线的磁场,I,真空中 , 半径为R 的载流导线 , 通有电流I , 称圆电流. 求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.,解 根据对称性分析,例2 圆形载流导线的磁场.,p,*,3）,4）,2） 的方向不变( 和 成右螺旋关系）,1）若线圈有 匝,对于轴线上任一点P能否与之类推，即部分园电流在轴线上P点的磁感应强度为：,证明：,如果园电流仅为一部分，对应的角度为 ，其圆心处的磁感应强度为：,试问：,用毕奥萨伐尔定律求部分园电流中心处的磁感应强度公式：,答：不能，轴线上的分量0,上式仅为/分量。,+,x,式中：,圆环电流的圆面积,其与电流的流向遵守右手螺旋定则。,定义：磁矩,类比:电偶极子 在中垂线上无穷远处的电场强度：,电偶极矩,注意：只有圆电流的面积S很小，或者场点距圆电