普通物理学课件：9稳恒磁场(安培力)

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普通物理学课件：9稳恒磁场(磁场的表示)

a、对进入场中的电流或磁体产生磁力 b、能对电流（磁体）做功，具有能量
4 学习和研究方法
静电荷
运动电荷稳恒电流
静电场
电场磁场稳恒磁场
学习方法：类比法
二、磁感应强度
1 线圈的磁矩
磁矩
Pm I0Sn
法线方向的单位矢量与电流流向成右旋关系
I0
n
2 磁感应强度
载流平面线圈法线方向的规定
§1 磁场、磁感应强度
一、基本磁现象 1 磁现象的发现（1）第一阶段
S
N
S
N
天然磁石指南针同极相斥异极相吸
（2）第二阶段
I
SN
电流的磁效应
电子束
S
+
N
F F I
2 电磁相互作用的原因电流（或磁铁）磁场
电流（或磁铁）
3 磁场（1）定义：存在于电流（磁体）周围的一种特殊物质（2）性质：
S1
R
O S2
S1 S2 0 S1 ( BR2 ) 0 S1 BR2
练 2. 在均匀磁场B 3i 2 j
习中，过YOZ平面内
面积为S的磁通量。
Y n
S
B
O
X
Z
m B • S
( 3i 2 j )• Si
3S
方向：切线大小：B dm
dS
b
Ba a

Bc
c
B
直线电流的磁力线圆电流的磁力线通电螺线管的磁力线
I
I I
I
（1）、每一条磁力线都是环绕电流的闭合曲线（涡旋场）。磁力线是无头无尾的闭合回线（无源场）
（2）、任意两条磁力线在空间不相交。
（3）、磁力线的环绕方向与电流方向之间可以分别用右手定则判断。

安培力ppt

详细描述
直线电流的安培力公式为F=ILBsin(θ)，其中F表示安培力，I 表示电流强度，L表示导线长度，B表示磁感应强度，θ表示导线与磁场方向的夹角。当导线与磁场方向垂直时，安培力最大。
环形电流的安培力公式
总结词
环形电流的安培力公式是用来计算环形电流在磁场中所受的安培力的重要公式。
详细描述
环形电流的安培力公式为F=2πrILBsin(θ)，其中F表示安培力，I表示电流强度，L 表示导线长度，B表示磁感应强度，θ表示导线与磁场方向的夹角，r表示导线的半径。当导线与磁场方向垂直时，安培力最大。
当两条平行的导线通上同向电流时，这两条导线将相互吸引；反之，通上反向电流时，这两条导线将相互排斥。
磁场分布与相互作用的关系
导线通上电流后，将在其周围产生磁场，磁场线的方向与电流方向有关。当另一条导线与该导线平行且与距离和电流强度成正比时，它们之间的相互作用力的大小也与电流强度成正比。
通电螺线管的磁场
负载与转速
直流电机的转速受负载影响，负载增加会导致转速下降，反之亦然。
交流电机的应用
交流电机的种类
交流电机根据用途可分为工业电机、家用电器电机和特种电
机等。
工作原理
交流电机通过定子线圈的交流电流产生旋转磁场，与转子磁铁相互作用产生安培力，驱动
转子旋转。
能耗与效率
交流电机的能耗与工作负载、转速以及电机效率等因素有关
均匀电流在磁场中的受力实验
总结词
该实验通过观察均匀电流在磁场中的运动情况，验证了安培力的存在。
详细描述
首先，将电源、开关、电流表、导线、磁铁等实验器材组装好。然后，闭合开关，观察电流表和导线的运动情况。发现当导线中通入电流后，导线会受到磁铁的吸引力，使导线发生运动。这一现象验证了安培力的存在。

《大学物理课件》稳恒磁场

B 0I 2 r
0rR
B dl L
0
r2 R2
I
2 rB
0r 2
R2
I
B
0 Ir 2 R2
I
RR
r B
I . dB
dI B
B 的方向与 I 成右螺旋
0 r R,
r R,
B
0 Ir 2 R2
B 0I 2 r
I
R
0I B
2 R
oR r
第三节磁场对电流和运动电荷的作用
一、安培力（载流导线在磁场中所受的宏观力）
2R
三．运动电荷的磁场。
电流激发的磁场可以视为所有运动电荷所激发的磁场叠加,取载流导线上电流元 Idl ，其截面积为S ，
单度位为体v积,每内个作电定荷向带运电动为的q电。荷数为 n ，定向运动速
Idl
I
r
p
S
q
v
I
I dl
代入
dB 0 4
Idl r r3
0 4
nqsvdl r r3
在个运电动流电元荷中(有q，电荷v)数在为rd处N的磁n感dV应，强则度一
r
r0
sin
r0 csc
r0
x 1
dB p y
所以
B 0
4
Ir0 csc2 d sin r02 csc2
0I 2 sin d
4 r0 1
Idz
z 2
dB
0 I 4 r0
(cos1
cos2 )
oz x 1
p
y
1， 2 分别是直电流
始点与终点处电流流向与
r
的夹角
讨论（1）若直导线视为“无限长”，

安培力(精华版)课件

安培力的方向
根据左手定则判断，即伸开左手，让大拇指与四指在同一平面内并垂直，然后将左手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，大拇指所指方向即为安培力的方向。
安培力的大小和方向
安培力的大小
根据公式F=BILsinθ计算，其中B为磁感应强度，I为电流强度，L为导线在磁场中的有效长度，θ为电流与磁场的夹角。
左手定则
将左手伸开，让大拇指与其余四指垂直，然后将左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向即为安培力方向。
判断安培力的方向
电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向与电流方向垂直；电流方向与磁场方向平行时，安培力方向与电流方向平行。
右手定则：将右手伸开，让大拇指与其余四指垂直，然后将右手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向电流方向，四指所指方向即为安培力方向。
感谢观看
磁悬浮列车的工作原理
总结词
磁悬浮列车利用安培力实现列车与轨道的完全分离，减少摩擦力，提高运行速度。
VS
详细描述
磁悬浮列车通过在轨道和列车底部安装电磁铁，当电流通过轨道上的电磁铁时，产生磁场，与列车底部电磁铁的磁场相互作用，产生向上的安培力，使列车悬浮在轨道上方。由于没有接触，摩擦力大大减少，因此列车可以高速运行。
安培力计算中的单位换算
• 安培力单位为牛（N），电流单位为安（A），磁感应强度单位为特（T），长度单位为米（m）。在进行单位换算时，需要将各个物理量的单位统一到国际单位制中。例如，可以将安培力的单位换算为牛米（Nm），电流的单位换算为安秒（As），磁感应强度的单位换算为特米（Tm）等。
THANKS
根据安培力的公式F=BIL，安培力的大小与电流的大小成正比，电流越大，安培力越大。

09稳恒磁场

(r 2
r2 x2)3
2
d
B
0R2I
2(R2 x2 )3
2
r2 x2 R2 r Rsin
dB
0 Q 4 2
(r
2
r2 x2
)3
2
d
dB
0 Q 4
sin2 2R
d
dl r
所有圆电流在O点的磁场方向相同
R x
B
2
dB
L
0 Q 2 2R
2 sin2 d
0
O
0 Q 方向竖直向上
8R
二取、d电B运流动4元0电II荷ddllr产2 r0生的40磁(q场nSdvqr)d2lInqrd0ddVqt
0 4 107 N
对任意载流导线
A2 ----真空磁导率
B
dB
0
l
4
l
Idl
r2
r
0
毕-萨定律解题的步骤
B
dB
0 Idl r 0 4 r2
(1) 选取电流元矢量Idl并定出r矢量
(2) 写出dB并定出方向(矢积)
(3) 分解dB为 dB dBxi dBy j dBzk
§8-1 恒定电流
一、电流的形成电流—电荷的定向运动载流子—电子、质子、离子、空穴电流形成条件(导体内) (1)导体内有可自由运动的电 (2)导体两端有电势差，即电压
二、电流强度(标量), 电流密度(矢量)
电流强度：单位时间通过导体某一横截面的电量
I lim q dq
I
S
t0 t dt
磁作用通过磁场进行磁铁
磁场
电流
运动电荷 (电流)
磁场
磁铁电流

安培力.ppt

通电导线所受安培力:F∝L
2、导线中电流 I 的大小
F∝IL
通电导线所受安培力:F∝I
3、磁场强弱导线垂直放入磁场中，且保证导线电流大小及导线在磁场中的长度不变的情况下，磁场越强，安培力越大；磁场越弱，安培力越小。
磁感应强度
F （通电直导线与磁场垂直） B= IL 单位：特斯拉简称特，符号T
当通电直导线方向与磁场方向垂直时
F =BIL
小结：
１、磁感应强度B是描写磁场强弱和
方向的物理量，其方向规定为该处的
磁场方向．２、当通电直导线方向与磁场方向垂直时,安培力大小为F=BIL ３、安培力方向由左手定则判定
1、一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，垂直放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力 0.2N 大小为_______
1N 1T= A·m 矢量：方向即该点磁场方向
垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长 L=1cm，电流强度I=10A，若它所受的安培力F=0.05N，求（1）该磁场的磁感应强度B是多少？（2）若导线平行磁场方向放置，磁感应强度B又是多少？
（１）Ｂ＝０.５Ｔ（２）Ｂ＝０.５Ｔ
三、安培力的大小
画出图中安培力的方向。
F
F
F
F
d
【注意】安培力的方向永远与导线和磁场方向所在的平面垂直。
通电导体在磁场中受到安培力的作用１、导线方向与磁场方向垂直时, 安培力最大２、导线方向与磁场方向平行时，安培力最小，Ｆ＝０
实验探究
猜想：垂直于磁场方向的通电导线所受安培力可能与哪些因素有关? 1、通电导线在磁场中的长度Ｌ
探究安培力磁感应强度
新郑三中
李红霞

稳恒磁场PPT教学课件

★ 注意事项：
1.符号规定：电流方向与L的环绕方向服从右手关
系的I为正，否则为负。
2.安培环路定律对于任一形状的闭合回路均成立。
3.B的环流与电流分布有关，但路径上B仍是闭合路
径内外电流的合贡献。 4.物理意义：磁场是非保守场，不能引入势能。
§4.4磁场对载流导线的作用
1.安培力 2.平行无限长直导线间的相互作用 3.矩形载流线圈在均匀磁场中所受的力矩 4.载流线圈的磁矩
安培力是作用在自由电子上洛伦兹力的宏观表现。如图，考虑一段长度为ΔI的金属导线，它放置在垂直纸面向内的磁场中。设导线中通有电流I，其方向向上。
从微观的角度看，电流是由导体中的自由电子向下作定向运动形成的。设自由电子的定向运动速度为 u，导体单位体积内的自由电子数为（自由电子数密度）n，每个电子所带的电量为-e。所以根据电流的定义:
4.1.3 安培定律
正象点电荷之间相互作用的规律—库仑定律是静电场的基本规律一样，电流之间的相互作用是稳恒磁场的基本规律。这个规律是安培通过精心设计的实验得到的，称之为安培定律。
我们把相互作用着的两个载流回路分割为许多无穷小的线元，叫电流元，只要知道了任意一对电流元之间相互作用的基本规律，整个闭合回路受的力便可通过矢量迭加计算出来。但在实验中无法实现一个孤立的稳恒电流元，从而无法直接用实验来确定它们的相互作用。
B
0 4
2nI (cos 1
cos 2 )
下面线管 L , 1 0, 2
B 0nI
2.在半无限长螺线管的一端
B 0nI
2
1
0,
2
2
或1
2
，2
0
§4.3 磁场的高斯定理与安培环路定理

电流和恒磁场(安培力)课件(正稿)

aO
0 b b Fx dFx IB dy IB dy 0 a a 0 b b ab
F y dF y IB dx IB dx IB ab a a 0 y F Fab IB ab j F 比较ab 间的直载流导线的力：
(4) 定义使用于任意形状的平面载流线圈。
S
m
(3) 磁矩 m 是矢量，仅与载流线圈本身有关，与外磁场无关。
2. 磁场对载流线圈的作用 — 磁力矩 M
以均匀磁场对矩形载流线圈的作用为例。各边所受的磁力分别为：
F2
ab : F2 I l1 B sin cd : F2 I l1 B sin( )
1 2
0 I1 I 2 dx d F I 2d l B 2 x d L I I 0 I1 I 2 d L 0 1 2 ln F dF dx L 2 d 2 x d
取电流元 Idl ，受力 dF ：
0 I1 B 2 x
（非均匀磁场）
I l1 B sin bc : F1 I l2 B sin I l2 B × 2 da : F1 I l2 B sin I l2 B 2
d

c
I F × 1

0
2 IBR
方向：

(2) 磁场与半圆面垂直
方向如图：
取电流元 Idl ，受力 dF ：
dF IdlB sin IdlB IBRd 2 x dFx dF cos IBRcos d dF y dF sin IBR sin d A 由对称性： F y dF y 0 B 2 F 2 IBR i F Fx dFx IBRcos d 2 IBR

稳恒磁场课件

第十一章稳恒磁场
物理教研室
本章主要内容
第11-1讲毕奥-沙伐尔定律
第11-2讲磁场的高斯定理
第11-3讲磁场安培环路定理
带电粒子在磁场中的运动洛仑兹力
第11-4讲安培力
第11-1讲毕奥-沙伐尔定律
本次课内容
§11-1 §11-2 磁场、磁感强度毕奥-沙伐尔定律
§11-1 磁场、磁感强度
4）x R
B
0 IR
2x
3
2
， B
0 IS
2π x
3
（ 1） I （2 ）
R B x 0 I 0 o B0 2R
I
（ 4）
0 I BA 4π d
d *A
R1
R2
R
o （ 3） I R
B0
0 I
4R
（ 5） I
*o
B0
o
0 I
8R
B0
0 I
4 R2

Fmax qv
时，受力 Fmax 将 Fmax v 方大小与 q, v 无关
向定义为该点的 B 的方向.
Fmax qv
磁感强度 B 的定义：当
正电荷垂直于特定直线运动
F Fmax F
磁感强度 B 的定义：当
正电荷垂直于特定直线运动
时，受力 Fmax 将 Fmax v 方
1
P y
+
无限长载流长直导线的磁场
B
0 I
2π r
I B
I
X
B
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
π 1 2 2 π
BP

安培力PPT教学课件

总结词
安培力是一个涉及磁场、电流和相对运动的基本物理现象。然而，尽管安培力的基本性质已经被研究了很长时间，但在实际应用中，尤其是在复杂环境和多物理场条件下，安培力的微观机制和演化过程仍存在许多未解决的问题。此外，现有的安培力调控方法往往局限于特定的材料和结构，缺乏普适性，这也限制了安培力在实际应用中的广泛使用。
安培力在电磁炉中的应用
加热原理
电磁炉利用安培力产生的涡流效应，将电能转化为热能，实现对锅具和食物的加热。
驱动电机
电动车的驱动电机利用安培力实现车辆的加速和减速，电机输出的转矩通过传动系统传递到车轮。
安培力在电动车中的应用
电磁制动器
电动车的电磁制动器利用安培力进行制动，通过在制动盘上产生制动力矩来实现车辆减速或停车。
通过实验数据验证安培力的计算公式：F=BILsinθ。
04
安培力的应用与案例
03
电动压缩机
电动压缩机使用安培力来驱动活塞运动，实现制冷剂的压缩和输送。
安培力在工业中的应用
01
直线电机
安培力驱动的直线电机能够实现精准的直线运动，广泛应用于机械加工、装配线等工业领域。
02
电磁起重机
利用安培力原理，电磁起重机可以轻松地提起和搬运重物，极大提高了工业生产效率。
安培力的定义
安培力的性质
安培力具有作用力与反作用力、共线性和左手定则等性质。
总结词
安培力是磁场对通电导线的相互作用力，满足牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等、方向相反；通电导线在磁场中受到的安培力与导线放置的方向有关，当导线放置方向与磁场方向平行时，安培力为零；当导线放置方向与磁场方向垂直时，安培力最大。
根据安培力公式，我们可以计算出安培力的大小为：$F = 0.5 \times 5 \times 2 \times \sin 30^{\circ} = 2.5 N$。

普通物理学课件：9稳恒磁场(毕沙定律)

p•
dBx
X
结论
大小：B2(0 IR2R2 x2
)3
2
方向：右手螺旋法则
B
0 IR2
2(R2 x2 )3
2
1.
x R
B?
B
IR2 0
Pm 0
2x3 2x3
B
2. x 0 B ?
载流圆环圆心角 2
I
B 0I
2R
载流圆弧
圆心角
B
I
B 0 I • 0 I 2R 2 4R
8R
R
•O I
B 0I 0I 4R 2R
•
2 3 I
•R
O
B 0I 0I (1 3 )
6R R
2
例4、两平行载流直导线
求两线中点 BA
过图中矩形的磁通量
解：I1、I2在A点的磁场
I1
B1
B2
0 I1 2 d 2
A•
I2
l
BA
B 2B
A
1
方向 •
r1
r2 d r3
如图取微元
dm B • dS Bldr
B 0I1 0I2 2r 2 (d r )
B
•
I2
I1
l
r dr
方向 •
r1
r2 d r3
m
dm
r1 r1
r2
[
0 I1 2r
0I2 2 (d
]ldr r)
0 I1l ln r1 r2 0 I2l ln d r1
2
r1
2
d r1 r2
大小
dB
0 4
Idl r2
方向
Idl r0

普通物理学课件：9稳恒磁场(安培环路定理)

(1) r R2 , B 0
R2
R1
(2)
R1
r
R2 ,
B
0I 2r
I
rI
(3) r R1, B 0
电场、磁场中典型结论的比较
长直线
长直
内
圆
柱外
面
长直
内
圆
柱体
外
电荷均匀分布
E
2 0r
E0
E
2 0r r
E 2 0 R2
E
2 0r
电流均匀分布
B 0I 2r
B0
B 0I 2r
B
0 Ir 2R 2
rd
0I 2
2
B • dl 0I
3、回路不环绕电流
.
B • dl 0
B
rd
dl
4
安培环路定理
B • dl
0 Ii
(
B ) • dl i
i
( Bi内 Bi外 ) • dl
I4
i
i
0Ii内 0 i
I内
说明：电流与环路成右旋时取正
例 B • dl 0 Ii
0(I2 I3)
d
c
Bdl cos 0
da Bdl
cos
2
B ab B cd
2B ab
利用安培环路定理求
B
B • dl 0n ab I
ba .........
cd
B 0 nI 2
例5：如图，两块无限大载流导体薄板平行放置。通有相反方向的电流。求磁场分布。
已知：导线中电流强度 I、单位长度导线匝数n
保守场，或有势场
E • dS
1
s

大学物理课件第9章稳恒磁场

向里
0 I 0 I B2 (sin 2 sin 1 ) (sin 1) 4b 4a cos 向外
则： B p
0 I
4a cos
(sin 1 cos )
向外
2）圆形电流轴线上的磁场
电流元产生的磁感应强度大小：
0 Idl sin 0 Idl dB 2 4 4 r 2 r

6
3a b
2
q 2
a 2 IS
例7：求旋转的带电圆盘的圆心处及轴线上的B。设圆盘的电荷面密度为σ,半径为R,旋转的角速度为ω。等效电流：圆心：
max
磁感应强度的大小:
M max B Pm
Bb Ba a Bc
三、磁通量
1）磁力线(Magnetic force line) 为了形象的描述磁场，引入磁力线。
大小：通过垂直于磁力线单位面积的磁力线数等于这一点磁感应强度的大小；方向：曲线上任一点的切线方向。
b
c
B
磁力线特性：（1）磁力线是环绕电流的无头无尾的闭合曲线，每条磁力线与电流相互套合，磁场是涡旋场、无源场；（2）任何两条磁力线在空间不相交；（3）磁力线的环绕方向与电流方向之间遵守右螺旋法则。
则电流：
由毕-萨定律：
I qnvS
0 qnvSdlsin(v , r ) dB 4 r2

dN nSdl
则一个粒子产生的磁场大小为：
0 qv r dB 0 qv sin(v , r ) B B 2 dN 4 4 r 3 r
由于同方向运动的正负电荷产生的电流方向相反，故产生的磁感应强度相反。
（2）线元磁矩：