物理学08磁电市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

6/22/202416/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙(1)、自然界存在两种磁极、自然界存在两种磁极 N 级级-指北极、指北极、S 级级-指南极指南极(2)、磁极之间作用力、磁极之间作用力 同种磁极相斥、异种磁极相吸同种磁极相斥、异种磁极相吸(3)、两种磁极总是成对出现，不能单独存在、两种磁极总是成对出现，不能单独存在(4)、载流导线周围存在磁场，其附近小磁针会发生偏转、载流导线周围存在磁场，其附近小磁针会发生偏转16.0 16.0 中学学过磁场知识中学学过磁场知识第十六章第十六章 磁场和它源磁场和它源1第1页6/22/202426/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙(8)、穿过闭合回路磁场发生、穿过闭合回路磁场发生改变时，在闭合回路中会产改变时，在闭合回路中会产生电流生电流-电磁感应现象电磁感应现象(5)、载流导线在磁场中会受到力作用、载流导线在磁场中会受到力作用(左手定则左手定则)(6)、两条平行载流导线之间存在相互作用力、两条平行载流导线之间存在相互作用力 电流同方向时，相互吸引；反方向时，相互排斥电流同方向时，相互吸引；反方向时，相互排斥(7)、运动电荷在磁场中受到力作用、运动电荷在磁场中受到力作用-洛仑兹力洛仑兹力2第2页6/22/202436/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1 16.1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度16.1.1 安培分子电流假说安培分子电流假说一切磁现象根源是电流；一切磁现象根源是电流；磁性材料分子中存在着回路电流磁性材料分子中存在着回路电流-分子电流；分子电流；分子电流存在两个面分子电流存在两个面-S 极、极、N 极；极；两个面显然是无法单独存在；两个面显然是无法单独存在；自然界不存在磁单极。自然界不存在磁单极。3第3页6/22/202446/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1.2 磁场、磁感应强度磁场、磁感应强度磁极之间相互作用力是经过磁场实现磁极之间相互作用力是经过磁场实现磁磁 极极磁磁 场场磁磁 极极磁场是矢量磁场是矢量-早期对磁场描述与电场描述相同：早期对磁场描述与电场描述相同：磁场方向磁场方向-磁场中小磁针磁场中小磁针N 所指方向所指方向 磁场大小磁场大小-单位单位N 磁极所受磁力大小磁极所受磁力大小 此种方法不便于计量此种方法不便于计量当代电磁学描述磁场当代电磁学描述磁场-磁感应强度磁感应强度B 定义：试验线圈定义：试验线圈磁矩磁矩法向单位矢量法向单位矢量(右手法则右手法则)电流电流 线圈面积线圈面积4第4页6/22/202456/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙试验线圈试验线圈在磁场中将受到力矩作用在磁场中将受到力矩作用-称称磁力矩磁力矩在磁力矩作用下在磁力矩作用下试验线圈试验线圈转到某一位置时，磁力矩转到某一位置时，磁力矩为零，定义此时为零，定义此时 方向为方向为 方向方向试验线圈从平衡位置转过试验线圈从平衡位置转过 90 时，磁力矩最大时，磁力矩最大写成等式写成等式B 称为磁场称为磁场磁感应强度磁感应强度5第5页6/22/202466/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙结结 论论方向方向-试验线圈平衡位置法向方向试验线圈平衡位置法向方向大小大小-单位磁矩试验线圈所受最大磁力矩单位磁矩试验线圈所受最大磁力矩高斯高斯SI 国际单位制国际单位制牛顿牛顿 米米安培安培 米米2特斯拉特斯拉磁感应强度大小为单位磁矩试验线圈所受最大磁力矩磁感应强度大小为单位磁矩试验线圈所受最大磁力矩物理意义物理意义是描述磁场本身性质物理量，与试验线圈无关是描述磁场本身性质物理量，与试验线圈无关6第6页6/22/202476/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1.3 磁力线磁力线磁场形象化描述磁场形象化描述-磁力线磁力线 (1)、磁力线切线方向与该点、磁力线切线方向与该点 B 方向一致方向一致 (2)、磁力线密度与该点、磁力线密度与该点 B 大小一致大小一致磁力线特点磁力线特点 (1)、不相交、不相交-每点每点 B 只能有一个方向只能有一个方向 (2)、闭合性、闭合性-任何一条磁力线都是任何一条磁力线都是闭合曲闭合曲线线 磁力线无头无尾，磁场是有旋场磁力线无头无尾，磁场是有旋场7第7页6/22/202486/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙演示演示-1 直线电流磁场直线电流磁场8第8页6/22/202496/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙演示演示-2 圆形电流磁场圆形电流磁场9第9页6/22/2024106/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙演示演示-3 长直螺线管磁场长直螺线管磁场10第10页6/22/2024116/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1.4 磁通量、磁场中高斯定理磁通量、磁场中高斯定理经过一给定曲面磁力线条数经过一给定曲面磁力线条数面积元面积元单位：单位：韦伯韦伯磁通量是标量，有大小、没有方向、但有正负磁通量是标量，有大小、没有方向、但有正负11第11页6/22/2024126/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙电荷能够单独存在，电场是有源场；电荷能够单独存在，电场是有源场；磁极不能单独存在，磁场是无源场。磁极不能单独存在，磁场是无源场。-称为磁场中高斯定理称为磁场中高斯定理举例：环形绳子，教室门之间关系举例：环形绳子，教室门之间关系比较：比较：对于封闭曲面：因为磁力线是闭合曲线对于封闭曲面：因为磁力线是闭合曲线穿出数目穿出数目=穿入数目穿入数目不穿出也不穿入；不穿出也不穿入；不穿入也不穿出。不穿入也不穿出。12第12页6/22/2024136/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1.5 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律由试验知由试验知-载流导线在其周围激发磁场载流导线在其周围激发磁场-怎样计算怎样计算?取载流导线一小段取载流导线一小段矢量矢量 称称电流元电流元，在，在 P 点产生磁场点产生磁场全部全部 产生产生 在在 P 点矢量和为点矢量和为毕奥毕奥-萨伐尔总结大量试验，给出萨伐尔总结大量试验，给出 和和 之间关系之间关系13第13页6/22/2024146/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙SI 国际单位制中，写成等式国际单位制中，写成等式-真空中磁导率真空中磁导率方向垂直于方向垂直于 组成平面组成平面右手法则：右手法则：右手握住右手握住 ，拇指指向，拇指指向 方向，四指方向为方向，四指方向为 方向方向即即 沿沿 方向方向写成矢量式写成矢量式14第14页6/22/2024156/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙任意载流导线在任意载流导线在 P 点磁感应强度点磁感应强度 在无限大均匀磁介质中，定义在无限大均匀磁介质中，定义-磁介质磁导率磁介质磁导率-磁介质相对磁导率，为无量纲纯数磁介质相对磁导率，为无量纲纯数真空中真空中普通磁介质普通磁介质铁磁质铁磁质15第15页6/22/2024166/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙16.1.6 几个经典电流磁场几个经典电流磁场(1)、直线电流磁场直线电流磁场P 点点 取直角坐标系如图取直角坐标系如图变量代换变量代换16第16页6/22/2024176/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙关于关于 符号说明符号说明对于无限长直导线对于无限长直导线17第17页6/22/2024186/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙(2)、圆形电流轴线上磁场圆形电流轴线上磁场18第18页6/22/2024196/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙由对称性知由对称性知圆形电流轴线上磁场圆形电流轴线上磁场19第19页6/22/2024206/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙圆心处圆心处对对 N 匝线圈匝线圈讨讨 论论称磁偶极子称磁偶极子当当 时时磁矩磁矩方向沿方向沿 x 轴轴(右手法则右手法则)电偶极子轴线上电偶极子轴线上电场结果相同电场结果相同20第20页6/22/2024216/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙(3)、长直螺线管轴线上磁场长直螺线管轴线上磁场21第21页6/22/2024226/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙已知：已知：求：任意点求：任意点 P 处处 B=?在轴上距在轴上距 P 点点 l 处取一小段处取一小段dl匝数匝数方向沿轴向如图方向沿轴向如图变量代换变量代换22第22页6/22/2024236/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙无限长直螺线管无限长直螺线管匀强磁场匀强磁场两端是内部二分之一两端是内部二分之一左端左端右端右端23第23页6/22/2024246/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙求：求：(1)、两导线中点处、两导线中点处 B=?方向相同，均向外方向相同，均向外例题例题-1真空中两无限长直导线真空中两无限长直导线 1 和和 2 相互平行，相距相互平行，相距 0.4 米，米，两导线中直流电流等值反向，如图：两导线中直流电流等值反向，如图：24第24页6/22/2024256/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙求：求：(2)、经过如图阴影部分面积磁通量、经过如图阴影部分面积磁通量阴影部分为非均强磁场，在面积元阴影部分为非均强磁场，在面积元 dS 内内25第25页6/22/2024266/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙1、试验线圈磁矩、试验线圈磁矩方向方向时时方向方向大小大小时时2、磁感应强度、磁感应强度小小 结结3、磁通量、磁场中高斯定律、磁通量、磁场中高斯定律磁场是无源场磁场是无源场4、毕奥、毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律26第26页6/22/2024276/22/2024第十六章第十六章 磁场和它的源磁场和它的源作者：赵龙作者：赵龙有限长直线电流有限长直线电流无限长直线电流无限长直线电流5、几个经典电流磁场、几个经典电流磁场圆形电流轴线上磁场圆形电流轴线上磁场长直螺线管轴线上磁场长直螺线管轴线上磁场无限长直螺线管轴线上磁场无限长直螺线管轴线上磁场1、掌握磁感应强度概念、掌握磁感应强度概念2、掌握毕奥、掌握毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律3、掌握简单问题磁感应强度计算方法、掌握简单问题磁感应强度计算方法要要 求求27第27页