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1、磁场力和磁感应强度.1 1.磁性磁性磁性磁性物体具有吸引铁、钴、镍的特性。物体具有吸引铁、钴、镍的特性。2 2.磁极磁极磁极磁极南极（南极（S极）、北极（极）、北极（N极）极）NS南极南极北极北极同性磁极相斥同性磁极相斥,异性磁极相吸。异性磁极相吸。一、基本磁现象基本磁现象10.1 磁场力和磁感应强度磁场力和磁感应强度 ISN电流的磁效应电流的磁效应1820年年奥斯特奥斯特奥斯特（奥斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851）电子束电子束NS+磁铁与载流导线有作用；两载流导线间有作用；磁铁与载流导线有作用；两载流导线间有作用；在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层
2、空在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光4.在低能状态下磁极是成对出现的。在低能状态下磁极是成对出现的。NSNS3.磁力线:曲线上某点的切线方向为该点的磁场曲线上某点的切线方向为该点的磁场的方向的方向,曲线的疏密表示磁场的强弱。曲线的疏密表示磁场的强弱。地球是一个巨大的磁体 地球的地球的S S 极在地理极在地理北极附近，北极附近，N N 极在地理极在地理南极附近，故能把磁针南极附近，故能把磁针的
3、的N N 极吸向北面，极吸向北面，S S 极极吸向南面。地磁偏角约吸向南面。地磁偏角约为为1515度左右（随地区随度左右（随地区随时间变化）。有证据表时间变化）。有证据表明，在过去的明，在过去的4040万万年中，年中，地磁轴的方向已颠倒过地磁轴的方向已颠倒过9 9次。地磁产生机理很复次。地磁产生机理很复杂，地核的电荷环流是杂，地核的电荷环流是其中的一个重要的因素。其中的一个重要的因素。地壳地核地幔安培指出：安培指出：NS一切磁现象起源于电荷运动一切磁现象起源于电荷运动分子电流分子电流运动电荷运动电荷磁场磁场对运动电荷有磁力作用对运动电荷有磁力作用磁磁 场场二、二、磁感应强度磁感应强度电流（或磁
4、铁）电流（或磁铁）磁场磁场电流（或磁铁）电流（或磁铁）磁场的性质：磁场的性质：1.磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力作用磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力作用2.载流导体在磁场中移动时，磁力将对载流导体作功，载流导体在磁场中移动时，磁力将对载流导体作功，表明磁场具有能量。表明磁场具有能量。对线圈有：对线圈有：磁矩磁矩法线方向的单位矢量法线方向的单位矢量与电流流向成右旋关系与电流流向成右旋关系I0载流平面线圈载流平面线圈法线方向的规定法线方向的规定运动电荷或电流周围存在着一种特殊物质运动电荷或电流周围存在着一种特殊物质-磁场。磁场。磁场。磁场。磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。磁感应
5、强度是描述磁场强弱的物理量。磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。磁感应强度的定义磁感应强度的定义在闭合回路中取电流元在闭合回路中取电流元电流元在磁场中的受力特点电流元在磁场中的受力特点:(1)电流元在磁场中的方向不同，受力也不同电流元在磁场中的方向不同，受力也不同;存在一个方向使存在一个方向使定义该方向为磁感应强度的方向定义该方向为磁感应强度的方向安培力公式安培力公式（3）磁场力）磁场力的方向与电流元的方向与电流元和磁感应强度和磁感应强度 满足满足 右手螺旋关系右手螺旋关系定义定义磁感应强度的大小磁感应强度的大小磁感应强度有各种定义方法，除上述方法外，我们磁感应
6、强度有各种定义方法，除上述方法外，我们还可以用运动电荷在磁场中的受力来定义。还可以用运动电荷在磁场中的受力来定义。（2）当电流元的取向与当电流元的取向与 磁感应强度的方向垂磁感应强度的方向垂 直直时，受到的磁场力最时，受到的磁场力最 大大;*单位单位:特斯拉特斯拉 T方向方向:为小磁针为小磁针 N 极指向极指向地球两极磁场地球两极磁场:地球赤道磁场地球赤道磁场:永久磁铁磁场永久磁铁磁场:常用的还有常用的还有:高斯高斯 G 1998年美国航天飞机搭载的用来探测宇宙中反物质和暗物质的磁谱仪核心部件,是由我国中科院电工所用钕铁硼材料制作的。2003年再次升空，采用超导磁铁，磁场强度增大100倍。永磁
7、之王钕铁硼磁场:这种材料是一般永久磁铁磁场的400倍。两片药片大小的钕铁硼材料异极粘在一起，由于磁力非常强大,用两手不能分开。一块钕铁硼磁铁能吸引比自身重量大60倍的铁块。2007.10.8(4)2007.10.8(4)2007.10.12 2007.10.12 研究一段电流元产生磁感应强度的规律。研究一段电流元产生磁感应强度的规律。研究一段电流元产生磁感应强度的规律。研究一段电流元产生磁感应强度的规律。由实验发现一段长为由实验发现一段长为 dl 通有电流为通有电流为 I 的电流元产生的电流元产生的磁感应强度：的磁感应强度：电流元：电流元：流过某线元矢量流过某线元矢量 的电流的电流I 与与 的
8、乘积的乘积1、稳恒电流的磁场、稳恒电流的磁场10.2 毕奥毕奥-沙伐尔定律沙伐尔定律方向：方向：从从 右旋到右旋到 ,磁场方向为大拇指指向磁场方向为大拇指指向真空中的磁导率真空中的磁导率磁场叠加原理磁场叠加原理若干个运动电荷或电流在空间某点产生的若干个运动电荷或电流在空间某点产生的磁场，等于各运动电荷或电流单独存在时磁场，等于各运动电荷或电流单独存在时在该点产生的磁场的矢量和在该点产生的磁场的矢量和可知一段载流导体的磁场可知一段载流导体的磁场2007.10.15(5)2007.10.15(5)dB 的方向垂直于的方向垂直于 和和 所形成的平面。所形成的平面。2、运动电荷的磁场、运动电荷的磁场I
9、S电流电流电荷定向运动电荷定向运动电流元电流元载流子总数载流子总数其中其中电荷电荷密度密度速率速率截面积截面积运动电荷产生的磁场运动电荷产生的磁场六、六、应用毕萨定律解题的方法及应用应用毕萨定律解题的方法及应用4.求求 B 的分量的分量 Bx、By;求总场。求总场。5.由由3.确定电流元的磁场；确定电流元的磁场；2.建立坐标系建立坐标系;1.分割电流元分割电流元;注意：应指出注意：应指出B的方向。的方向。a aP PX XY Y1.1.载流直导线的磁场载流直导线的磁场:。P80P80例例例例10.110.1已知：真空中已知：真空中I I、1 1、2 2、a a建立坐标系建立坐标系OXYOXY任
10、取电流元任取电流元磁场大小磁场大小方向方向统一积分变量统一积分变量或：或：a aP PX X Y Y无限长载流直导线无限长载流直导线半无限长载流直导线半无限长载流直导线直导线延长线上直导线延长线上+p pR R2.2.圆形电流轴线上的磁场圆形电流轴线上的磁场 P81P81P81P81例例例例10.210.210.210.2 已知已知:R R、I I，求轴线上求轴线上P P点的磁感应强度。点的磁感应强度。建立坐标系建立坐标系OXYOXY任取电流元任取电流元分析对称性、写出分量式分析对称性、写出分量式磁场大小磁场大小方向方向统一积分变量统一积分变量结论结论方向：方向：右手螺旋法则右手螺旋法则:沿沿
11、X X轴正向轴正向大小：大小：x xp pR R载流圆环载流圆环载流圆弧载流圆弧I II I圆心角圆心角 圆心角圆心角x xp pR R3 3、载流直螺线管内、载流直螺线管内部的磁场部的磁场P84P84例例例例10.410.4.pSL讨论：讨论：.p1 1、若、若 即即无限长无限长的螺线管，的螺线管，则有则有2 2、对、对长直螺线管的端点长直螺线管的端点（上图中（上图中A A1 1、A A2 2点）点）则有则有A A1 1、A A2 2点磁感应强度点磁感应强度练练习习求圆心求圆心O O点的点的 如图，如图，O OI I例例1 1、无限长载流直导线弯成如图形状无限长载流直导线弯成如图形状求：求：
12、P P、R R、S S、T T 四点的四点的解：解：P P点点:方向方向R R点点:方向方向S S点点方向方向方向方向T T点点方向方向方向方向方向方向方向方向例例2 2、两平行载流直导线两平行载流直导线2.2.过图中矩形的过图中矩形的磁通量磁通量求求1.1.两线中点两线中点l解：解：1.1.I I1 1、I I2 2在在A A点的磁场点的磁场方向方向习题习题P105:9-12P105:9-12l如图取微元如图取微元方向方向2.2.过图中矩形的过图中矩形的磁通量磁通量求角平分线上的求角平分线上的已知：已知：I I、c c解：解：同理同理方向方向所以所以方向方向练习练习:方向方向例例3 3、氢原
13、子中电子绕核作圆周运动氢原子中电子绕核作圆周运动求求:轨道中心处轨道中心处电子的磁矩电子的磁矩已知已知解解:又又方向方向方向方向与习题与习题P105:9-11P105:9-11类似类似*例例4 4、均匀带电圆环、均匀带电圆环q qR R已知：已知：q q、R R、圆环绕轴线匀速旋转。圆环绕轴线匀速旋转。求圆心处的求圆心处的解：解：带电体转动，形成运流电流。带电体转动，形成运流电流。若若q0,q0,则方向则方向解法一解法一 圆电流的磁场圆电流的磁场垂直纸面向外垂直纸面向外 例例 5 ：半径半径 为为 的带电薄圆盘的电荷面密度的带电薄圆盘的电荷面密度为为 ,并以角速度并以角速度 绕通过盘心垂直于盘
14、面的轴转绕通过盘心垂直于盘面的轴转动动，求圆盘中心的磁感强度，求圆盘中心的磁感强度及圆盘的磁矩及圆盘的磁矩垂直纸面垂直纸面向内向内解法二解法二 运动电荷的磁场运动电荷的磁场垂直纸面向外垂直纸面向外垂直纸面垂直纸面向内向内线圈磁矩线圈磁矩如图取微元如图取微元垂直纸面向外垂直纸面向外垂直纸面垂直纸面向内向内练习：练习：一正方形载流线圈边长为一正方形载流线圈边长为 b,通有电通有电流为流为 I，求正方形中心的磁感应强度求正方形中心的磁感应强度 B。解：正方形中心的解：正方形中心的B作业作业P130：10.4、10.5、10.6*9-8 一、磁力线一、磁力线(磁感应线或磁感应线或 线线)方向：切线方向
15、：切线大小：大小：10.3 磁高斯定理磁高斯定理静电场：静电场：磁磁 场：场：静电场是有源场静电场是有源场I直线电流的磁力线直线电流的磁力线 圆电流的磁力线圆电流的磁力线I通电螺线管的磁力线通电螺线管的磁力线1 1、每一条磁力线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭、每一条磁力线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭合电流互相套合，因此磁场是合电流互相套合，因此磁场是涡旋场涡旋场。磁力线是。磁力线是无头无头无尾的闭合回线无尾的闭合回线。不是保守场，所以不能引进磁势。不是保守场，所以不能引进磁势。2 2、任意两条、任意两条磁力线磁力线在空间在空间不相交不相交。3 3、磁力线的环绕方向磁力线的环绕方向与与电流方向
16、电流方向之间可以分别用之间可以分别用右右手定则手定则表示。表示。二、磁通量二、磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数三、磁场中的高斯定理三、磁场中的高斯定理穿过任意闭合曲面的磁通量为零穿过任意闭合曲面的磁通量为零注意：注意：闭合曲面的法向的规定闭合曲面的法向的规定 磁磁场场中中的的高高斯斯定定理理阐阐明明了了磁磁场场的的性性质质：磁磁场场是是无源场（涡旋场）无源场（涡旋场），磁力线为闭合曲线。，磁力线为闭合曲线。磁力线穿入磁力线穿入规定规定:磁力线穿出磁力线穿出2.在均匀磁场在均匀磁场 中，过中，过YOZ平面内平面内面积为面积为S的磁通量。的磁通量。1.求均匀磁
17、场中求均匀磁场中半半 球面的磁通量球面的磁通量电场磁场电场线描述电场分布电场线描述电场分布磁感线描述磁场分布磁感线描述磁场分布电场线切线方向为电场线切线方向为 方向方向磁感线切线方向为磁感线切线方向为 方向方向电场线疏密程度表示电场线疏密程度表示 大小大小 磁感线疏密程度表示磁感线疏密程度表示 大小大小电通量：穿过给定曲面的总电通量：穿过给定曲面的总电场线数电场线数（单位：韦伯）（单位：韦伯）磁通量：穿过给定曲面的总磁通量：穿过给定曲面的总磁感线数磁感线数（单位：韦伯）（单位：韦伯）电场磁场电场线不是闭合的电场线不是闭合的,始于正始于正电荷电荷,止于负电荷止于负电荷(无穷远无穷远)磁感线闭合的
18、磁感线闭合的高斯定理高斯定理（真空，介质）（真空，介质）高斯定理高斯定理（真空，介质）（真空，介质）穿过任一闭合曲面的磁通量穿过任一闭合曲面的磁通量为零为零电场是电场是无旋场无旋场磁场是磁场是有旋场有旋场(或或涡旋场涡旋场)电场为电场为保守场保守场，是，是有源场有源场磁场磁场为为非保守场非保守场，是，是无源场无源场电场磁场环路定理环路定理环路定理环路定理v 当运动电荷速度与当运动电荷速度与磁场方向垂直时受到洛磁场方向垂直时受到洛伦兹力伦兹力 fL 最大。最大。fLB 当电荷运动速度当电荷运动速度与与 B 方向一致时电方向一致时电荷受力为荷受力为 0。Bvqq地球是一个巨大的磁体 北半球的磁极在加拿大的最北部，南半球的磁极在南极洲，地磁偏角约为15度左右（随地区随时间变化）。有证据表明，在过去的40万年中，地磁轴的方向已颠倒过 9次。地磁产生机理很复杂，地核的电荷环流是其中的一个重要的因素。地壳地核地幔NN自转轴地磁场的地磁场的S极极北极北极此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢