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1、 第十一章第十一章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 结构框图结构框图运运动动电电荷荷间间的的相相互互作作用用磁磁场场 稳稳恒恒磁磁场场磁感应磁感应强度强度毕毕-萨萨定律定律磁场的高斯定理磁场的高斯定理安培环路定理安培环路定理 磁场的磁场的基本性质基本性质洛仑兹力洛仑兹力安培定律安培定律带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动霍耳效应霍耳效应磁力和磁力矩磁力和磁力矩磁力的功磁力的功顺磁质、抗磁质和顺磁质、抗磁质和铁磁质的磁化铁磁质的磁化磁场磁场强度强度介质中的安培介质中的安培环路定理环路定理 一一 掌握掌握描述磁场的物理量描述磁场的物理量磁感强度的磁感强度的概念，理解它是矢量点函数概念，理解它
2、是矢量点函数.二二 理解理解毕奥萨伐尔定律，能利用它计算毕奥萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度一些简单问题中的磁感强度.三三 理解理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理.理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法.教学基本要求教学基本要求五五 了解了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中磁场强度的概念以及在各向同性介质中H和和B的关系的关系,了解磁介质中的安培环路定理了解磁介质中的安培环路定理 .四四 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，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动荷在
3、均匀电场和磁场中的受力和运动.了解磁矩的了解磁矩的概念概念.能计算简单几何形状载流导体和载流平面能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长载流直导体产生的非线圈在均匀磁场中或在无限长载流直导体产生的非均匀磁场中所受的力和力矩均匀磁场中所受的力和力矩.1.1.1.1.1.1.基本磁现象基本磁现象基本磁现象基本磁现象基本磁现象基本磁现象司南勺司南勺 公元前六、七世纪就已有了关于公元前六、七世纪就已有了关于天然磁石的记载。天然磁石的记载。春秋战国春秋战国吕氏春吕氏春秋秋记载：磁石召铁记载：磁石召铁 公元前公元前250250年左右，出现了古代指年左右，出现了古代指南器南器司南的记载
4、。司南的记载。公元公元1111世纪（北宋）沈括创制了世纪（北宋）沈括创制了航海用的指南针。航海用的指南针。磁现象的发现比电现象早很多。磁现象的发现比电现象早很多。11-1 磁感强度磁感强度 磁场的高斯定理磁场的高斯定理早期的磁现象包括早期的磁现象包括:(1)(1)天然磁铁天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质吸引铁、钴、镍等物质。(2)条条形形磁磁铁铁两两端端磁磁性性最最强强，称称为为磁磁极极。指指北北的的一一端端称称为为北北极极或或N极极，指指南南的的一一端端称称为为南南极极或或S极极。同斥异吸同斥异吸 奥斯特奥斯特 实验表明：电流对实验表明：电流对磁极有力的作用磁极有力的作用安培安培安培安培 磁铁对
5、电流有作用磁铁对电流有作用电流间有电流间有相互作用相互作用载流线圈的行为象一块磁铁载流线圈的行为象一块磁铁 18221822年年 安培安培安培安培 由此提出了物质磁性本质的假说，即一切由此提出了物质磁性本质的假说，即一切磁现象的根源是电流，构成物质的分子中都存在有回路电流磁现象的根源是电流，构成物质的分子中都存在有回路电流分子电流分子电流磁场磁场磁极磁极磁极磁极电流电流电流电流 相当于一个基元磁铁，在外界作用下，若这些分子电相当于一个基元磁铁，在外界作用下，若这些分子电流定向的排列起来，在宏观上就显示出流定向的排列起来，在宏观上就显示出N、S极极.磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立磁现象
6、与电现象有很多类似，在自然界有独立存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓谓“磁单极子磁单极子”。寻找寻找“磁单极子磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一。是当今科学界面临的重大课题之一。安培分子电流假说安培分子电流假说与近代关于原子和分子结与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。电流、磁铁的本源一致：安培分子环流假说电流、磁铁的本源一致：安培分子环流假说运动的电荷运动的电荷？磁现象与电现象
7、有没有联系？磁现象与电现象有没有联系？静电场静电场静止的电荷静止的电荷磁现象的本质磁现象的本质运动的电荷产生磁场，磁场运动的电荷产生磁场，磁场 对运动电荷有力的作用对运动电荷有力的作用运动运动电荷电荷磁场磁场运动运动电荷电荷一切磁现象可以归结为一切磁现象可以归结为运动电荷运动电荷之间的相互作用之间的相互作用电场与磁场的区别：电场与磁场的区别：静止静止、运动运动电荷都产生电荷都产生电场电场场源：场源：电场电场对对静止静止、运动运动电荷都有作用力电荷都有作用力作用力：作用力：但只有但只有运动运动电荷产生电荷产生磁场磁场，静止电荷不，静止电荷不产生磁场产生磁场磁场磁场只对只对运动运动都有作用力，对静
8、止电都有作用力，对静止电荷无作用力荷无作用力 由于运动和静止都是由于运动和静止都是相对相对的，因此，同一客观的，因此，同一客观存在的场，对某个参考系表现为电场，对另一参考存在的场，对某个参考系表现为电场，对另一参考系表现为电场和磁场系表现为电场和磁场.2.2.2.2.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 设设带带电电量量为为q，速速度度为为v的的运运动动试试探探电电荷荷处处于于磁场中，实验发现：磁场中，实验发现：（2）在在磁磁场场中中存存在在着着一一个个特特定定的的方方向向，电电荷荷所所受受到到的的磁磁力力为为零零，与电荷本身性质无关与电荷本身性质无关;（1）带带电电粒粒子子在在磁磁场场中
9、中运运动动所所受受的的力力与与运运动动方方向向有有关关,但但磁磁力力的的方方向向却却总总是是与与电电荷荷运运动动方方向向（）垂直垂直；+（3）在在磁磁场场中中，电电荷荷沿沿与与上上述述特特定定方方向向垂垂直直的的方向运动时所受到的方向运动时所受到的磁力最大磁力最大(记为记为Fm)大小与大小与 无关无关并且并且单位单位:特斯拉特斯拉+磁感强度磁感强度大小大小高斯（高斯（GsGs）磁感强度磁感强度 的定义：的定义：当当正正电荷垂直于特定直线运动电荷垂直于特定直线运动时，受力时，受力 将将 方向方向定义为该点定义为该点 的的方向方向.（负（负电荷反向）电荷反向）3.3.3.3.磁场的高斯定理磁场的高
10、斯定理磁场的高斯定理磁场的高斯定理(磁通连续原理磁通连续原理磁通连续原理磁通连续原理)几种不同形状电流磁场的磁感应线几种不同形状电流磁场的磁感应线 3.1 3.1 磁感应线的性质磁感应线的性质电流电流磁感应线磁感应线与电流套连与电流套连闭合曲线闭合曲线互不相交互不相交方向与电流成右手螺旋关系方向与电流成右手螺旋关系ISNISNI3.2 磁通量磁通量磁通量：穿过磁场中任一磁通量：穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数。给定曲面的磁感线总数。对对于于曲曲面面上上的的非非均均匀匀磁磁场场，一一般般采采用用微微元元分分割割法求其磁通量。法求其磁通量。dSn 规定规定：曲线上每一点的：曲线上每一点的切线方向
11、切线方向就是该点的磁感强度的就是该点的磁感强度的方方向向，磁场中某点处垂直磁场中某点处垂直 矢量的单位面积上通过的磁感线数目矢量的单位面积上通过的磁感线数目等于该点等于该点 的数值的数值.曲线的曲线的疏密程度疏密程度表示该点的磁感强度表示该点的磁感强度大小大小.单位：韦伯单位：韦伯(Wb)对所取微元，磁通量：对所取微元，磁通量：对整个曲面，磁通量：对整个曲面，磁通量：dSn3.3 磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理高斯定理高斯定理物理意义：物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零通过任意闭合曲面的磁通量必等于零 （故磁场是（故磁场是无源无源的的.）练习练习：在匀强磁场在匀强磁场 中，取中，取一半径为一半径为R的圆，圆面的法线的圆，圆面的法线 与与 成成6060角，如图所示，角，如图所示，则通过以该圆周为边线的如则通过以该圆周为边线的如图所示的任意曲面图所示的任意曲面S S 的磁通的磁通量量