东南大学《大学物理》课件-第7章.pdf

第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版1恒恒 定定 磁磁 场场第第 七七 章章第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版27-07-0 教学基本要求教学基本要求7-17-1 恒定电流恒定电流7-27-2 电源电源 电动势电动势7-37-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度7-47-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律7-57-5 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理7-67-6 安培环路定理安培环路定理7-77-7 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动本章目录本章目录第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版3本章目录本章目录7-87-8 载流导线在磁场中所受的力载流导线在磁场中所受的力7-97-9 磁场中的磁介质磁场中的磁介质第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版47-0 7-0 教学基本要求教学基本要求 二二 掌握掌握描述磁场的物理量描述磁场的物理量磁感磁感强度的概念，理解它是矢量点函数强度的概念，理解它是矢量点函数.三三 理解理解毕奥萨伐尔定律，能利用毕奥萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度它计算一些简单问题中的磁感强度.一一 理解理解恒定电流产生的条件，恒定电流产生的条件，理解理解 电流密度和电动势的概念电流密度和电动势的概念.第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版5 五五 理解理解洛伦兹力和安培力的公式洛伦兹力和安培力的公式，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动运动.了解磁矩的概念了解磁矩的概念.四四 理解理解稳恒磁场的高斯定理和安培稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理环路定理.理解用安培环路定理计算磁感强理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法度的条件和方法.7-0 7-0 教学基本要求教学基本要求第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版6 六六 了解了解磁介质的磁化现象及其微磁介质的磁化现象及其微观解释观解释.了解了解磁场强度的概念以及在各向同磁场强度的概念以及在各向同性介质中性介质中H和和B的关系，了解磁介质中的的关系，了解磁介质中的安培环路定理安培环路定理.了解了解铁磁质的特性铁磁质的特性.7-0 7-0 教学基本要求教学基本要求第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版77-07-0 教学基本要求教学基本要求7-17-1 恒定电流恒定电流7-27-2 电源电源 电动势电动势7-37-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度7-47-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律7-57-5 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理选择进入下一节：选择进入下一节：本章目录本章目录第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版1一一 电流电流 电流密度电流密度+ISSenIdv 电流：电流：通过截面通过截面S 的电荷随时间的的电荷随时间的 变化率变化率:电子电子漂移速度漂移速度的大小的大小dvtqId/dtSenqdddv第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版2 电流密度电流密度：细致描述导体内各点电流：细致描述导体内各点电流分布的情况分布的情况.该点该点正正电荷电荷运动方向运动方向j方向方向：大小大小：单位时间内：单位时间内过该点且垂直于正电荷过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的运动方向的单位面积的电荷电荷SdjIdcosddcosdddvenSIStQj第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版3SSdjtQSjisddd二二 电流的连续性方程电流的连续性方程 恒定电流条件恒定电流条件 单位时间内通过闭合曲面向外流出的单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内闭合电荷，等于此时间内闭合曲面内电荷的减少量曲面内电荷的减少量.cosdddSjSjIsSjId第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版4S0d sSj 恒定电流恒定电流 021IIISI1I2ISdj 由由 ，若闭合曲面，若闭合曲面 S 内内的电荷不随时间而变化，则的电荷不随时间而变化，则tQSjisdddd0diQt第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版5恒定电场恒定电场 （1）在恒定电流情况下，导体中电荷分在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化形成恒定电场；布不随时间变化形成恒定电场；SSdj0d sSj 恒定电流恒定电流 （2）恒定电场恒定电场与静电场具有相似性质与静电场具有相似性质（高斯定理和环路定理），（高斯定理和环路定理），恒定电场可引入恒定电场可引入电势的概念；电势的概念；（3）恒定电场的存在伴随能量的转换恒定电场的存在伴随能量的转换.第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版6 例（例（1）若若每个铜原子贡献一个自由电子，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？问铜导线中自由电子数密度为多少？解解328m/1048.8个MNnA （2）家用线路电流最大值家用线路电流最大值 15 A，铜导铜导 线半径线半径0.81 mm，此时电子漂移速率多少？此时电子漂移速率多少？-1-14hm2sm1036.5nSeIdv解解第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流物理学物理学第五版第五版7 （3）铜导线中电流密度均匀，电流密度铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？值多少？26224mA1028.7mA）1010.8(15SIj解解第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版8本章目录本章目录7-07-0 教学基本要求教学基本要求7-17-1 恒定电流恒定电流7-27-2 电源电源 电动势电动势7-37-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度7-47-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律7-57-5 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理选择进入下一节：选择进入下一节：第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-2 7-2 电源电源 电动势电动势物理学物理学第五版第五版1第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-2 7-2 电源电源 电动势电动势物理学物理学第五版第五版2 非静电力非静电力:能不断分离正负电荷使正电荷能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动逆静电场力方向运动.电源电源：提供非静电力：提供非静电力的装置的装置.非静电非静电电场强度电场强度 :为单位正电荷所受的非静电力为单位正电荷所受的非静电力.kElllEqlEEqWdd)(kkE+-RI+kE第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-2 7-2 电源电源 电动势电动势物理学物理学第五版第五版3 电动势的定义：电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力运动一周，非静电力所做的功所做的功.qlEqqWldkE电动势：电动势：E+-RI+kE第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-2 7-2 电源电源 电动势电动势物理学物理学第五版第五版4 电源电动势的大小电源电动势的大小，等于将单位正电荷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从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功的功.lElEddoutkinkE0doutklElElElddinkkE电源电动势电源电动势第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版5本章目录本章目录7-17-1 恒定电流恒定电流7-27-2 电源电源 电动势电动势7-37-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度7-47-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律7-57-5 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理选择进入下一节：选择进入下一节：7-67-6 安培环路定理安培环路定理第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版1一一 磁磁 场场1 磁铁的磁场磁铁的磁场 磁磁 铁铁磁磁 铁铁 N、S极同时存在；极同时存在；同名磁极相斥，异名磁极相吸同名磁极相斥，异名磁极相吸.SNSN NS磁场磁场第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版22 电流的磁场电流的磁场奥斯特实验奥斯特实验电电 流流3 磁现象的起源磁现象的起源 运动电荷运动电荷I磁场磁场磁场磁场第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版3二二 磁磁 感感 强强 度度 的的 定定 义义B 带电粒子在磁场中运动所受的力与运带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关动方向有关.实验发现，带电实验发现，带电粒子在磁场中沿某一特粒子在磁场中沿某一特定方向运动时不受力，定方向运动时不受力，此方向与电荷无关此方向与电荷无关.xyzo0F+v+vvv第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版4 带电粒子在磁场中带电粒子在磁场中沿其他方向运动时沿其他方向运动时，垂直垂直于于 与特定直线与特定直线所组成的平面所组成的平面.Fv 当带电粒子在磁场当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运中垂直于此特定直线运动时受力最大动时受力最大.第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版5FFFmax大小与大小与 无关无关vqFmaxv，qvqFmax第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版6磁感强度磁感强度 的定义的定义BvqFBmaxB 的方向的方向:B 的大小的大小:maxFvmaxF 正电荷垂直于特定直线运动时正电荷垂直于特定直线运动时，受力受力与电荷与电荷速度速度 的叉积的叉积方向方向：v+qvBmaxF第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-3 7-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度物理学物理学第五版第五版7单位：单位：特斯拉特斯拉-1m)(AN1)T(1运动电荷在磁场中受力运动电荷在磁场中受力BqFv+qvBmaxF第七章第七章 恒定磁场恒定磁场物理学物理学第五版第五版8本章目录本章目录7-27-2 电源电源 电动势电动势7-37-3 磁场磁场 磁感强度磁感强度7-47-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律7-57-5 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理选择进入下一节：选择进入下一节：7-67-6 安培环路定理安培环路定理7-77-7 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-4 7-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律物理学物理学第五版第五版1一一 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律(电流元在空间产生的磁场电流元在空间产生的磁场)20sind4drlIB30d4drrlIB真空磁导率真空磁导率 270AN104IP*lIdBdrlIdrBd第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-4 7-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律物理学物理学第五版第五版230d4drrlIBB 任意载流导线在点任意载流导线在点 P 处的磁感强度处的磁感强度IP*lIdBdrlIdrBd磁感强度磁感强度叠加原理叠加原理第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-4 7-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律物理学物理学第五版第五版3例例 判断下列各点磁感强度的方向和大小判断下列各点磁感强度的方向和大小.1、5点点：0dB3、7点点：204ddRlIB02045sin4ddRlIB2、4、6、8 点点：30d4drrlIB毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律12345678lIdR第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-4 7-4 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律物理学物理学第五版第五版4 例例1 载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场.解解20sind4drzIBCDrzIBB20sind4d二二 毕奥萨伐尔定律应用举例毕奥萨伐尔定律应用举例