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1、1,2,7-0 教学基本要求,7-1 恒定电流,7-2 电源 电动势,7-3 磁场 磁感强度,7-4 毕奥-萨伐尔定律,7-5 磁通量 磁场的高斯定理,7-6 安培环路定理,7-7 带电粒子在电场和磁场中的运动,本章目录,7-8 载流导线在磁场中所受的力,7-9 磁场中的磁介质,3,7-0 教学基本要求,二 掌握描述磁场的物理量磁感强度的概念。,三 理解毕奥萨伐尔定律及其磁感强度的计算。,一 理解恒定电流、电流密度和电动势的概念。,五 理解洛伦兹力和安培力的公式 。,四 理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理.,六 了解磁介质的磁化现象及其微观解释.,4,一 电流 电流密度,电流强度 ：通过截面
2、S 的电荷随时间的变化率,:电子漂移速度的大小,电流密度：单位时间垂直通过单位面积的电量.,5,8,1600年 吉尔伯特 论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体,1800年 伏打 发明电堆，获得产生稳定电流的方法,1820年 奥斯特 发现电流的磁效应,1831年 法拉第 发现电磁感应现象,1822年 安培 安培力 分子电流观点,磁学简史：,战国时期 有文字记载“磁石”,东汉时期 王充 “司南”指南的记载描述；,11世纪 指南针 “以磁石磨针锋,则能指南”(沈括),1833年 楞次 楞次定律,1873年 麦克斯韦 电磁学通论,1888年 赫兹 证实电磁波的存在,慈石：以为母也，故能引其子,7-3 磁
3、场 磁感应强度,一、基本磁现象,天然磁石,磁性,磁极,1820年奥斯特发现电流的磁效应,同年安培发现载流导线及线圈受到磁力的作用,在磁场中的载流线圈受到力矩的作用转动,在磁铁、运动电荷（或电流）周围空间存在的一种特殊形式的物质。 （比较电场的引入）,1、磁场的概念,磁场对磁体、运动电荷或载流导线有磁场力的作用； 载流导线在磁场中运动时，磁场力要作功磁场具有能量。,2、磁场的特性,二、 磁场 磁感应强度,磁感应强度的定义:,实验: 运动电荷在磁场中受力：, = 0 时, f = 0, = 90 时, f 最大,1),3),2),1.磁感应强度(定义):,大小:,方向:,沿运动电荷不受磁场力时的速
4、度线,大小,洛仑兹力:,15,7-4 毕奥-萨伐尔定律,一、毕奥-萨伐尔定律,电流元,有限长载流导线:,方向判断：右手定则,毕奥-萨伐尔定律:,真空磁导率,16,例1 载流长直导线的磁场.,解,二 毕奥萨伐尔定律应用举例,方向均沿 x 轴的负方向,17,的方向沿 x 轴负方向,18,无限长载流长直导线,半无限长载流长直导线,19,无限长载流长直导线的磁场,电流与磁感强度成右手螺旋关系,例2 圆形载流导线轴线上的磁场.,p,*,解,I,分析点P处磁场方向得：,由对称性可知，总场强沿x 方向,21,讨论,（1）,p,*,I,讨论,（2）,三 磁偶极矩,物质磁性起源的基本单元,24,如图所示，有一长
5、为l ，半径为R的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为N，通有电流I. 设把螺线管放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度.,例3 载流直螺线管内部的磁场.,P,R,*,25,螺线管可看成圆形电流的组合,解：,由圆形电流磁场公式,R,*,O,得：,26,（1）无限长的螺线管,故,（2）半无限长螺线管一端,27,向里,向外,28,向里,2,1,29,B,30,0,31,圆电流的半径一样,32,四 运动电荷的磁场,运动电荷的磁场,33,一磁感应线： 为形象地描述空间中磁场的分布而引入的曲线。 磁感应线上任一点切线的方向B的方向。,方向：切线,一 磁感线,34,直线电流的磁力线,圆电流的磁力线,通电螺
6、线管的磁力线,(1)、磁场线为环绕电流的闭合曲线，磁场是涡旋场。,(2)、任意两条磁场线在空间不相交。,(3)、磁场线的环绕方向与电流方向可用右手定则表示。,(4)、磁场线的疏密定性反映磁场的强弱,35,磁性起源的微观机制,36,条形磁铁与通电螺线管的磁力线,安培： 一切磁现象的根源是电流，物质的磁性来源于分子电流,37,二 磁通量 磁场的高斯定理,38,磁通量：通过某曲面的磁感线数,匀强磁场中，通过面元ds的磁通量：,通过曲面S的磁通量,39,物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零（故磁场是无源的）.,磁场高斯定理,任意闭合曲面的磁通量,40,41,0,42,例 如图载流长直导线的电流为
7、 ，试求 通过矩形面积的磁通量.,解,43,一 安培环路定理,若回路绕向为逆时针,44,垂直于导线平面上任意形状的回路:,推广(证明略):,(1)对空间任意形状的回路成立,(2)对空间任意载流导线成立,45,电流在回路之外,环流与环路外电流无关,46,多电流情况:,47,安培环路定理,在真空的恒定磁场中，磁感强度 沿任一闭合路径的积分的值，等于 乘以该闭合路径所穿过的各电流的代数和.,例1 无限长载流圆柱体的磁场,解,（1）,（2）,二 安培环路定理的应用举例,49,的方向与 成右螺旋,50,例2 无限长载流圆柱面的磁场,解,51,52,例3 求载流螺绕环内的磁场,解 （1） 对称性分析：环内
8、 线为同心圆，环外 为零.,53,令,（2）选回路,当 时，螺绕环内可视为均匀场 .,54,一 带电粒子在电场和磁场中所受的力,电场力,磁场力（洛伦兹力）,运动电荷在电场和磁场中受的力,55,二 带电粒子在磁场中运动举例,1 回旋半径和回旋频率,56,2 磁聚焦,（洛伦兹力不做功）,洛伦兹力,与 不垂直,螺距,57,磁聚焦 在均匀磁场中点 A 发射一束初速度相差不大的带电粒子，它们的 与 之间的夹角 不同，但都较小，这些粒子沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，相交于屏上同一点，此现象称为磁聚焦 .,应用 电子光学，电子显微镜等 .,58,3 电子的反粒子 电子偶,显示正电子存在的云室照片及
9、其摹描图,1930年狄拉克预言自然界存在正电子,59,1 质谱仪,三 带电粒子在电场和磁场中运动举例,60,2 回旋加速器,1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器, 1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.,61,频率与半径无关, ,62,地下100米 周长27km,欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机（ATLAS）,瑞士 日内瓦,63,大型强子对撞机内部一览,64,3 霍耳效应,65,66,霍耳效应的应用,（2）测量磁场,霍耳电压,（1）判断半导体的类型,67,一 安培力,安培力,长直载流导线：,68,解 取一段电流元,例 1 求如图平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知 和 .,结论 与OP载流直导线
10、所受的磁场力相同.,69,例 2 如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直 . 回路由直导线 AB 和半径为 的圆弧导线 BCA 组成 ， 电流为顺时针方向， 求磁场作用于闭合 导线的力.,解,70,例：如图所示，求垂直于磁场圆形线圈的张力,解：依题意可知，上面半圆导线受到向上的安培力，大小为：,上面半圆导线受到向下的张力为2T（T为张力）,即：,故导线内部张力为：,71,二 磁场作用于载流线圈的磁力矩,如图 均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP,线圈所受合力为零:,72,线圈有N匝时,线圈所受力矩:,73,稳定平衡,不稳定平衡,讨 论,（1） 与 同向
11、,（2）方向相反,（3）方向垂直,力矩最大,74,结论: 均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为,75,垂直时:,76,一 磁介质 磁化强度,1 磁介质,77,顺磁质内磁场,2 顺磁质和抗磁质的磁化,78,抗磁质内磁场,79,1 铁磁质的磁化机理-磁畴,3. 铁磁质,实验发现有一类介质在外加磁场时，其介质的磁场,铁磁质（Fe、Co、Ni）,80,3 磁化强度,磁介质中单位体积内分子的合磁矩.,意义 反映介质磁化程度的物理量,二 磁介质中的安培环路定理(由特例推出),分子磁矩,磁场强度,83,各向同性磁介质,相对磁导率,磁 导 率,84,例1 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒 通有相反方向的电流 时， 试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小； （2）圆柱体外面一点Q 的磁感强度.,85,解（1）,（2）,86,2019/5/23,87,例 一环形螺线管，管内充满磁导率为，相对磁导率为r的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。单位长度上的导线匝数为n。 求：环内的磁场强度和磁感应强度,解：,88,89,90,2 磁化曲线 磁滞回线,顺磁质的B-H曲线,0,2019/5/23,91,铁磁质的磁滞回线,92,3 铁磁性材料,电磁铁、变压器 交流电动、发电机,CF,永磁体,存储元件,