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.

第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件大学物理学电子教案电流、电源、磁场和毕奥-萨伐尔定律11-1恒定电流11-2电源电动势11-3磁场磁感强度11-4毕奥-萨伐尔定律第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件复习QUCUCQW2121222EDEwre212120•静电场的能量•能量密度第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院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，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，形成电流。Uv恒定电流1、形成电流的条件2、电流的方向自由移动的电荷导体两端要存在有电势差正电荷移动的方向第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件++++++IS11-1恒定电流一电流电流密度SenIdv1电流为电子的漂移速度大小dv单位:1AA10mA-3tqIddtSenqdddv定义：为通过截面S的电荷随时间的变化率.第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件sSjIdcosdddSjSjIdcosddcosdddvenSIStQj2电流密度SdjI该点正电荷运动方向j方向规定：大小规定：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第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件例（1）若每个铜原子贡献一个自由电子，问铜导线中自由电子数密度为多少？（2）家用线路电流最大值15A，铜导线半径0.81mm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？解(1)328m/1048.8个MNnA(2)1-1-4hm2sm1036.5nSeIdv(3)26224mA1028.7mA1010.8(π15）SIj第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件11-2电源电动势第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件非静电力:能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动.电源：提供非静电力的装置.非静电电场强度:为单位正电荷所受的非静电力.kElklklEqlEEqWdd)(电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功.E+++---RIqlEqqWlkdE电动势+kE第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件电源的电动势和内阻EiRE**正极负极电源+_iRlElEkkdd内外E0d外lEk电源电动势大小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.lElEklkdd内E电源电动势第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件•静止电荷——静电场•运动电荷——电场、磁场•稳恒电流产生的磁场不随时间变化——稳恒磁场稳恒磁场内容：•描述磁场的基本物理量——磁感应强度•电流磁场的基本方程——Biot-savart定律•磁场性质的基本方程——高斯定理与安培环路定理•磁场对电流与运动电荷的作用——Lorentz力、Ampere力第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件磁性天然磁石成人工磁铁吸收铁(Fe)，钴(Co)，镍(Ni)的性质。磁体——具有磁性的物体永久磁体——长期保持磁性的物体磁极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）。不存在磁单极磁力——磁体之间的相互作用，同极相斥，异极相吸一、磁现象及其规律第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件•磁针和磁针II•载流导线与载流导线的相互作用•在磁场中运动的电荷受到的磁力•磁铁与载流导线的相互作用INSNSNS•电流的磁效应奥斯特（HansChristanOersted，1777-1851）丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展。志同道合二、电流的磁效应第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件•运动电荷还要激发磁场；•运动的电荷在电磁场中将受到磁场力的作用；•一切磁现象起源于电荷的运动，磁场力就是运动电荷之间的一种相互作用力。小结第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件11-3磁场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。1、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、磁场的特性运动电荷磁铁电流电流运动电荷磁铁磁场一、磁场第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件xyzoP*3、磁场运动电荷运动电荷磁场0F二磁感强度的定义B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某点P沿某一特定方向（或其反方向）运动时不受力，且此特定方向与小磁针指向一致.+v+vvv第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件带电粒子在磁场中沿其他方向运动时，其受力垂直于与该特定方向所组成的平面.v当带电粒子在磁场中垂直于此特定方向运动时受力最大.FFFmaxvqFmax大小与无关v,qvqFmax第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件单位特斯拉mN/A1)T(1+qvBmaxF磁感强度的定义：若带电粒子在磁场中某点向某方向运动不受力，且该方向与小磁针在该点指向一致，此特定方向定义为该点的的方向.BBvqFBmax磁感强度大小运动电荷在磁场中受力BqFv第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件IP*一毕奥—萨伐尔定律(电流元在空间产生的磁场)20sindπ4drlIB30dπ4drrlIB真空磁导率270AN10π4lIdBd30dπ4drrlIBB任意载流导线在点P处的磁感强度磁感强度叠加原理rlIdrBd11-4毕奥-萨伐尔定律第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件12345678lId例判断下列各点磁感强度的方向和大小.R+++1、5点：0dB3、7点：20π4ddRlIB02045sinπ4ddRlIB2、4、6、8点：30dπ4drrlIB毕奥—萨伐尔定律第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件yxzIPCDo0r*例1载流长直导线的磁场.Bd解20sindπ4drzIBCDrzIBB20sindπ4dsin/,cot00rrrz20sin/ddrz方向均沿x轴的负方向Bd1r二毕奥---萨伐尔定律应用举例221dsinπ400rIBzzd第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件）（2100coscosπ4rI的方向沿x轴的负方向.B21dsinπ400rIB无限长载流长直导线的磁场.π02100π2rIB）（2100coscosπ4rIB12PCDyxzoIB+第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件IBrIBπ20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rIBPπ40无限长载流长直导线的磁场r*PIoπ2π21IBX第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件Ix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sindBBBx20dπ4drlIB例2圆形载流导线的磁场.rBdBBlIdpRo*第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件xxRp*20dcosπ4drlIBxlrlIB20dcosπ4222cosxRrrRRlrIRBπ2030dπ42322202）（RxIRB20dπ4drlIBoBdrlId第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件2322202）（RxIRBRIB203）0x30320π22xISBxIRB，4）Rx2）的方向不变(和成右螺旋关系）0xBIB1）若线圈有匝N2322202）（RxIRNB讨论x*BxoRI第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件IS三磁矩neISmmne3202xIRBmISnen30π2exmB30π2xmB说明：只有当圆形电流的面积S很小，或场点距圆电流很远时，才能把圆电流叫做磁偶极子.例2中圆电流磁感强度公式也可写成第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件oI2R1R（5）*Ad（4）*o（2R）IR（3）oIIRo（1）RIB200RIB400RIB8001010200π444RIRIRIBdIBAπ40x0B第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件++++++++++++pR++*例3载流直螺线管的磁场如图所示，有一长为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.2/322202）（RxIRB解由圆形电流磁场公式oxxdx第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件op1xx2x+++++++++++++++2/32220d2dxRxInRBcotRx2222cscRxR212/32220d2dxxxRxRnIBBdcscd2Rx21dsin20nI21dcscdcsc233230RRnIB21第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件120coscos2nIB讨论（1）P点位于管内轴线中点21π2/1220204/2cosRllnInIB2222/2/cosRll21coscosnIB0Rl若第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件(2)无限长的螺线管nIB021（3）半无限长螺线管0,2π21或由代入0,π21120coscos2nIBnIB0nI021xBnI0O长直密绕螺线管轴线上磁场2l2l第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件小结•磁场运动电荷磁铁电流电流运动电荷磁铁磁场304rrlIdBd)cos(cos421oorIB23222)(2xRIRBoz)cos(cos122nIBo•毕奥－萨伐尔定律34rrvqBo第十一章恒定磁场物理学教程（第二版）广东海洋大学理学院教学课件•电流电流密度•电源作业思考题：P1192，3，4，5习题：P1228，10，11，13预习：11-5，11-6tqIddqlEqqWlkdE电动势