1、研究研究: 穩恒磁場的基本性質及基本定律穩恒磁場的基本性質及基本定律一、電流強度與電流密度一、電流強度與電流密度 1 1、電流、電流 電流：導體內的載流子定向運動而形成電流。電流：導體內的載流子定向運動而形成電流。 2 2、電流強度：單位時間里通過導體某一截面的、電流強度：單位時間里通過導體某一截面的電量：電量： 形成電流的條件形成電流的條件: 1) 導體中有載流子；導體中有載流子；2) 導體中有電場存在或導體兩端有電勢差導體中有電場存在或導體兩端有電勢差. tqIdd21dtttIq2 2、電流密度、電流密度電流密度電流密度: 通過垂直于正電荷運動方向的單位面積的電通過垂直于正電荷運動方向的

2、單位面積的電流強度流強度:SIJddIdIISd電流密度與載流子的運動速度的關系電流密度與載流子的運動速度的關系:SqnutQItuSqnQdddddddqnuSIJddISdun udtnSIJdduqnJ)(rJJ3 3、電流強度與電流密度的關系、電流強度與電流密度的關系: : SJSJISIJddd,ddSSJId4 4、穩恒電流的條件：、穩恒電流的條件： 0dSSJI1I2I1II2I1=I2I=I1+I2二、電源及電源電動勢二、電源及電源電動勢 +ABBAUU+kF1 1、電源、電源非靜電力：非靜電力： kkEqF非靜電場的場強非靜電場的場強kE電源：能提供非靜電力以把其它形式的能量

3、轉化為電源：能提供非靜電力以把其它形式的能量轉化為電能的裝置電能的裝置. 2 2、電源的電動勢、電源的電動勢_kdlE閉合回路的電動勢：閉合回路的電動勢： LlEdk一、磁現象的本質一、磁現象的本質1 1、磁現象、磁現象 早期觀測的磁現象早期觀測的磁現象奧斯特實驗奧斯特實驗1819年）年）NSI安培實驗安培實驗1820年）年）FI（1 1磁體附近的載流導線受到力的作用：磁體附近的載流導線受到力的作用：II-II-S+電子束電子束N2. 2. 磁現象的本質磁現象的本質分子環流：電子繞原子核運動和電子自旋所形成的電分子環流：電子繞原子核運動和電子自旋所形成的電流。物質的磁性取定于物質中分子電流的磁

4、效應之總流。物質的磁性取定于物質中分子電流的磁效應之總和。和。二、磁場二、磁場1. 1. 磁相互作用的場的觀點磁相互作用的場的觀點 2. 2. 磁場：磁場：3. 3. 磁場的基本性質：磁場的基本性質：運動電荷電流周圍空間存在的一種場。運動電荷電流周圍空間存在的一種場。運動電荷運動電荷磁場磁場運動電荷運動電荷三、磁感應強度三、磁感應強度描述磁場性質的物理量描述磁場性質的物理量BvFmaxFmax定義磁感應強度的大小：定義磁感應強度的大小：qvFBmax定義磁感應強度的方向：定義磁感應強度的方向：vFmax一、磁感應線一、磁感應線1. 1. 定義定義 SN/B:BB:的大小磁感應線的方向磁感應線切

5、線方向2. 2. 性質性質1 1永遠閉合與電流相互套聯）永遠閉合與電流相互套聯）2 2永不相交永不相交IB二、磁通量二、磁通量SmSBd nBdS閉合曲面：閉合曲面： SmSBd三、磁場的高斯定理三、磁場的高斯定理穿過磁場中任意封閉曲面的磁通量為零穿過磁場中任意封閉曲面的磁通量為零0dSSB一、畢奧一、畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律 P PdBIdlr 電流元電流元:lId:ddBlIrlIrlIrlIkBd:sind4sindd :202方向大小20d4drrlIB( o= 4 10-7 TmA-1)P PdBIdlr 20d4drrlIBBdBIdlr 二、畢奧二、畢奧薩伐爾定律的應用薩伐爾定律

6、的應用1. 1. 解題要點解題要點Bd rPdl由畢由畢- -薩定律薩定律, P , P 點點的的 大小為大小為Bd204sinddrlIBBdLrlIB204sind2. 2. 兩種典型載流導線的磁場兩種典型載流導線的磁場I I） （1 1載流直導線的磁場：載流直導線的磁場：12dcos4210aIB120sinsin4aIBd rPdl12cossin2！BaIB2,2,2021aIB4,2,0021rlId在在O O點產生的點產生的 大小為大小為lIdBdRlIB204ddRIdlRIBL24020 （2 2載流圓線圈的磁場圓心）載流圓線圈的磁場圓心） 討論（！）：討論（！）：1、圓電流

7、在圓心處產生的磁場：、圓電流在圓心處產生的磁場：2、半徑為、半徑為 ，中心角為，中心角為 的載流圓弧在圓的載流圓弧在圓心處產生的磁場心處產生的磁場 :RIB20 220RIB R例例5-1 5-1 如圖，知：如圖，知：I I，a a，b b，l l ， 求：通過求：通過矩形平面的磁通量。矩形平面的磁通量。IablrSddr例例5-2 5-2 如下圖，一根無限長的直導線，通有電如下圖，一根無限長的直導線，通有電流流 ，中部一段彎成半徑為，中部一段彎成半徑為 的圓弧。求圓弧的圓弧。求圓弧中心中心 點處的磁感應強度。點處的磁感應強度。IROabdeIIR6012cO例例5-3 如下圖，如下圖，和和兩

8、個正交放置的圓形線兩個正交放置的圓形線圈，其半徑為為圈，其半徑為為 R ，電流均為，電流均為I。求中心。求中心 O 點處的磁感應強度。點處的磁感應強度。 1 2OB1B2BII一、一、 安培環路定理安培環路定理無限長直電流的磁場：無限長直電流的磁場：IlBIrrIBrlBlBL000dd2d2dcosddrdrdBl drabcI一般情況：一般情況：IlBL0dI1I3 I2l二、安培環路定理的應用二、安培環路定理的應用1 1、解題要點、解題要點: :orPIR2. 2. 幾種常見電流的磁場幾種常見電流的磁場IIII） （1 1無限長圓柱形載流導體的磁場無限長圓柱形載流導體的磁場 dBBddI

9、I droPLL 2drBlBLorLLBoRr)( )(2222RrIRrRIrrRII)( 2)(2020RrrIRrRIrB（2 2長直螺線管的磁場長直螺線管的磁場nIB0 abdc（3 3螺線環內的磁場螺線環內的磁場rIlBL0dNIrB02rNIB20OR1IR2IORIRRABCDdr一、安培定律一、安培定律BlIF ddBIdlBlIFFLLdd OBIrx I1I2例例5-6 5-6 無限長直載流導線通有電流無限長直載流導線通有電流 I1 I1 ，在，在同一平面內有長為同一平面內有長為L L的載流直導線，通有電流的載流直導線，通有電流I2I2。求長為。求長為L L的導線所受的磁

10、場力。的導線所受的磁場力。dxxldldF矩形線圈矩形線圈 sin111BIlFF2222 2sinBIlBIlFF 0Fabdcl1l21F1F2F2FBOsincos2112lBIllFMsinsinmBPBISBPMml1abO2F2FmpB一般平面線圈：一般平面線圈： 0FBpMm的方向沿方向大小BpBpMmm:sin:mpIS線圈的磁矩：線圈的磁矩： SNIpm（ N N 匝匝 ）ISFBaamISBIaaBIlaaFA 1 1、磁力對運動載流導線的功、磁力對運動載流導線的功mIA四、磁力的功四、磁力的功sinsinBISBPMmmIBSIBISMAd)cosd( d sinddmI

11、A2 2、磁力對轉動載流線圈的功、磁力對轉動載流線圈的功l1abO2F2FmpB一般情況：一般情況：恒量）IIIAmmmm(d21基本了解基本了解一、洛侖茲力一、洛侖茲力0:|FBvqvBFqvFBBv:一般情況：一般情況：|BBBsinqvBqvBFvqB|BBFBvqvBFqBvqF結論結論的方向沿反向與的方向沿同向與BvFlIvqBvFlIvq,d, 0,d, 0大小：大小：sinqvBF 方向：方向：（1 1運動方向與磁場方向平行運動方向與磁場方向平行0sinqvBFBv二、帶電粒子在均勻磁場中的運動二、帶電粒子在均勻磁場中的運動勻速直線運動勻速直線運動（2 2運動方向與磁場方向垂直運

12、動方向與磁場方向垂直RvmqvB2qBmvR qBmT2勻速圓周運動勻速圓周運動周期周期半徑半徑 BRF+v（3 3運動方向沿任意方向運動方向沿任意方向BqBmvRsin螺距螺距cos2vqBmTvhh +v沿螺旋線軌道運動沿螺旋線軌道運動v/v半徑半徑sincos|vvvv三、應用電場和磁場控制帶電粒子的實例三、應用電場和磁場控制帶電粒子的實例1 1、質譜儀、質譜儀RBEv+- P N B速度選擇速度選擇BqvqE質譜分析：質譜分析：qBmvR RBBEBRvmqhBBvvvvcos/qBmvTvh2/與速度方向無與速度方向無關。關。3 3、磁約束、磁約束極光：極光： 由于地磁場俘獲帶電粒子而出現的現象由于地磁場俘獲帶電粒子而出現的現象 在地磁兩極附近在地磁兩極附近, ,由于磁感線與地面垂直由于磁感線與地面垂直, ,外層空間外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內, ,它們和空氣它們和空氣分子的碰撞產生的輻射就形成了極光分子的碰撞產生的輻射就形成了極光. .