大物课件磁场
人教版高一物理必修第三册 13.1磁场和磁感线 课件(共28页)
人教版高一物理必修第三册 13.1磁场和磁感线 课件(共28页)
专题一 对磁场和磁感线概念的理解
运动 电荷
产生 作用于
磁场
作用于 运动 产生 电荷
磁场是一种特殊形态的物质:场(电场、磁场、引力场等)它虽不同于由原 子和分子所组成的实物,但也是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质. 磁场虽然看不见,摸不着,但它是运动电荷周围客观存在的一种物质,而磁 感线是为了形象描述磁场而人为引入的假想曲线.磁感线每一点的切线方向 跟该点的磁场方向相同,磁感线的疏密表示磁场的强弱.磁感线是闭合曲线, 而电场线是非闭合曲线. 熟悉六种常见磁场的磁感线的空间分布.学会把空间立体图变成平面图.
S
在哪个方向?
F2
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二、磁场的方向 磁感线
B
C
1.物理意义:磁感线是为了形象地描述磁场的强 弱及方向而人为画出的一系列曲线.曲线上每一 A
点的切线方向跟该点的磁场方向相同。
(1)磁感线是假想的曲线.用假想的、形象的磁感线来描写实在
的、抽象的磁场.
安培定则:用右手握住螺线管(或环形导线),让弯曲的四指所指的方 向跟电流方向一致,大拇指所指的方向就是螺线管(或环形导线)内部磁感线 的方向.
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三、安培定则 3.通电螺旋管周围磁场
间通过磁场发生的相互作
用.这就是磁现象的电本质.
二、磁场的方向 磁感线
1.磁场具有方向性.
2.磁场方向的规定,在磁场中的任一点,小磁针
N极受力的方向(小磁针S极受力的反方向),亦即
大物知识点总结磁场
大物知识点总结磁场一、磁场的产生1. 电流产生的磁场安培环路定理用来计算电流在产生磁场方面的物理定律。
在一根直导线周围产生的磁场可以使用右手定则确定磁场的方向。
2. 磁性材料产生的磁场磁性物质内部原子和分子的磁矩导致了磁性物质产生的磁场。
这种磁场可以用磁化强度和磁化率描述。
3. 等效电流产生的磁场电流在弯曲闭合导线中产生的总的磁场可以用安培环路定理求和。
这种方法用于计算磁场的大小和方向。
二、磁场的性质1. 磁现象和磁性材料的分类永磁体和电磁体是两种主要的磁性材料类型。
永磁体可以自发地产生磁场,而电磁体需要外部电流或磁场来产生磁效应。
2. 磁场的作用力磁场对带电粒子或者电流产生的作用力可以用洛伦兹力定律计算。
3. 磁场的磁感应强度磁感应强度描述了磁场的强度以及方向,可以用来计算磁场对带电粒子或者磁性物质产生的作用力。
三、磁场的应用1. 磁场在电机中的应用电动机的工作原理基于磁场和电流相互作用产生运动力。
不同类型的电机使用不同的磁场产生方式。
2. 磁场在变压器中的应用变压器工作原理基于电流通过涡流产生的磁场。
变压器可以用来改变电压大小和方向。
3. 磁场在磁共振成像中的应用磁共振成像利用磁场对核磁共振现象进行成像。
磁场对磁共振信号的强度和方向产生影响,从而得到人体组织的影像。
四、磁场的测量和计算1. 磁场的测量方法磁通计量法、霍尔效应、磁力计量法等是常用的磁场测量方法。
2. 磁场的数学描述麦克斯韦方程组用来描述电磁场,磁场可以用磁感应强度、磁场强度和磁化强度等物理量来描述和计算。
总之,磁场是物质周围的一个物理场,它对带电粒子和磁性物质产生作用。
磁场的产生与磁现象、磁性材料的分类有关,其性质包括磁场的作用力和磁感应强度等,而磁场的应用包括在电机、变压器和磁共振成像等方面。
同时,磁场的测量和计算是磁场研究的重要内容,麦克斯韦方程组是描述和计算磁场的重要工具。
《大学物理磁学》ppt课件
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场,具有方向 和大小,可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律,可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场,但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的,随着静电场的消 失而消失;而恒定电流产生的磁场是持续的, 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外,静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线,其切线方向表示磁场 方向,疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量,用B表示, 单位为特斯拉(T)。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量,用Φ表 示,单位为韦伯(Wb)。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁,用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具,从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置, 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向,具有高速、安全、 舒适等优点。
大学物理电磁场第3章讲义教材
zˆ4(a20Iaz22)3/2
2
0
d'
B(z)2(a20Iaz22)3/2 z
3.2 真空中的静磁场基本方程
1. 磁通连续性定理
定义穿过磁场中给定曲面S 的磁感应强度B 的通量为磁通:
BdS 单位 韦伯Wb
S
若S面为闭合曲面
ΦBdS0
磁通连续 性定理
上页 下页
ΦBdS0
注意
① 磁通连续性原理也称磁场的高斯定理,表明磁力线是无头
Bdl 2B0I
l
得到
B
0I 2
e
323
I’ II 3 2 2-- 2 22 2 I 3 2 3 2-- 22 2
lBdl2B 0I3 2 3 2--22 2
得到
B
0I 2
32 -2 32 -22
e
同轴电缆的磁场分布
上页 下页
4.真空中的磁场方程
B (r)40 VJR 2R ˆd V '
磁矢位
注意 1 A是从矢量恒等式得出,是引入的辅助计算 量,无明确的物理意义;
2 A适用于整个磁场区域;
③因
mBdSAdS Stokes’ A dl
S
S
l
m Adl
l
A的单位 Wb/m (韦伯/米)
④ 恒定磁场中A满足库仑规范
A0
2 . 磁矢位 A 的求解
应用磁矢位A求解恒定磁场问题也可以分为 场源问题和边值问题。
③ 洛仑兹力垂直于电荷运动方向,只改变电荷运动方向, 对电荷不做功,而库仑力改变电荷运动速度做功。
上页 下页
安培力定律
真空中
描述两个电流回路之间相互作用力的规律。
l1
大物电磁学磁场中的磁介质
安培环路形状:以载流体的轴线为圆心、半
径 r、且所围平面垂直轴
的圆周。
安培环路定理左边 HdlH2r
圆柱内 r R1
L
Iint
I1
R12
r2
I1 R 12
r
2
根据 H
的安培环路定理
Hdl L
Hdl
L
I0int
②物理意义
沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的自由电流的代数和。
③ 理解和应用 路内总自由电流,路上总磁场强度
用 H 的环路定理求 H 与前面所学的用 B 的环路定理求 B 的方法完全相同。
(同样的应用条件;在相同载流体的情况下 ,取同样的安培环路)
三、H 和 B 的相互关系
4. 磁化强度矢量 M 与磁化面电流密度 j′的关系
介质的体积为:V lS
I′
M
MmjlSj
l
V Sl
更一般的证明为: jM en
即磁化电流密度等于磁化强度沿该表 面处的分量。
M
B
5. 磁化强度M与束缚电流 I ′的关系
LM dlM l
j l
I
磁化强度M沿闭合回路的线积分等于 该回路包围的磁化电流代数和。
B r0 H H (点点对应关系)
相对磁导率 绝对磁导率
磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比:
电极化现象原 因PP 与E的关 D系 SD .dS q0
(peql) P0(r1)E D0EP,
磁化现象(原pm因iSM ) M M与 B 的 r0r1B关 H H(D系 SH .Bd 0El) M,I0
高三物理第一轮总复习课件:磁场省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
尤其提醒: (1)洛伦兹力只变化粒子速度方向不变化速度大小 (2)洛伦兹力旳方向总是与粒子速度方向垂直.所 以洛伦兹力一直不做功. (3)安培力是洛伦兹力旳宏观体现,但各自旳体现 形式不同,洛伦兹力对运动电荷永远不做功,而安培 力对通电导线可做正功,可做负功,也可不做功.
二.带电粒子在匀强磁场中旳运动规律(只受洛伦兹力)
⑶在赤道平面上,距离地球表面相等旳各点,磁感应 强度相等,且方向均水平指向北极.
二、磁感线
1.磁感线:在磁场中画出旳某些有方向旳假想曲线,使 曲线上旳任意一点旳切线方向都跟该点旳磁场方向相同, 都代表磁场中该点小磁针北极受力旳方向.
2.磁感线旳特点
⑴磁感线是闭合曲线,磁体旳外部是从N极到S极,内部 是从S极到N极; ⑵磁感线旳疏密表达磁场旳强弱,磁感线上某点旳切线 方向表达该点旳磁场方向; ⑶磁感线是人们为了形象描述磁场而假想旳.
1、速度方向与磁场方向平行
若v∥B,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做匀 速直线运动.
2、速度方向与磁场方向垂直
若v⊥B,带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感 线旳平面内以入射速度v做匀速圆周运动.
3、带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感线旳 平面内做匀速圆周运动旳基本公式:
⑴向心力公式:F向
高三物理第一轮总复习
(2023届)
第一课时 磁场及其描述
一、磁场 1.磁场:一种看不见、摸不着、存在于电流或磁体周围 旳物质,它传递着磁相互作用.(客观存在)
2.基本性质:磁场对处于其中旳磁体、电流和运动电荷 有力旳作用.
3.磁场旳方向:小磁针N极所受磁场力旳方向,或小磁 针静止时N极所指旳方向.
【例与练】 (2023全国理综).电磁轨道炮工作原理如 图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动, 并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入,经过 导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹 体处垂直于轨道面得磁场(可视为匀强磁场),磁感 应强度旳大小与I成正比。通电旳弹体在轨道上受到安 培力旳作用而高速射出。现欲使弹体旳出射速度增长 至原来旳2倍,理论上可采用旳措施是( BD ) A.只将轨道长度L变为原来旳2倍 B.只将电流I增长至原来旳2倍 C.只将弹体质量减至原来旳二分之一 D.将弹体质量减至原来旳二分之一, 轨道长度L变为原来旳2倍,其他量不变
川大大学物理课件72 磁场和磁感应强度.
物理学
一、 磁现象
1 磁铁之间的相互作用 同名磁极相斥,异名磁极相吸.
N
S
F'
F
N
S
2 电流之间的相互作用
F' F
F'
F
类似于异名磁极相吸 类似于同名磁极相斥
第七章 恒定电流和恒定磁场
1
大学 物理学
§7.2 磁场和磁感应强度
B 方向运动时受力最大.
第七章 恒定电流和恒定磁场
5
大学 物理学
§7.2 磁场和磁感应强度
F Fmax F
实验发现:
Fmax qv 即 Fmax 大小与 q, v 无 关 qv 只决定于场。
第七章 恒定电流和恒定磁场
6
大学 物理学
§7.2 磁场和磁感应强度
磁感应强度 B的定义:
磁感强度大小:
B Fmax qv
磁感强度方向:
当正电荷垂直于 磁场方向
运将动Fm时ax ,受v 在力磁F场ma中x 的方向 定义为该点的B 的方向.
B
第七章 恒定电流和恒定磁场
7
大学 物理学
§7.2 磁场和磁感应强度
Fmax
q+
B
v
一般情况
运动电荷在磁场中受力
F
qv
y
F 0
vv S + Nvv B
若将小磁针放于该处,
o
磁针N级指向定义为磁场方向, z 磁场方向
x
亦为磁感应强度的方向。
第七章 恒定电流和恒定磁场
4
大学 物理学
大学物理A(一)课件第七章 稳恒磁场习题及答案
第七章 练习题1、在磁感强度为B的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ,S 边线所在平面的法线方向单位矢量n与B 的夹角为α ,则通过半球面S的磁通量(取弯面向外为正)为(A) πr 2B .. (B) 2 πr 2B . (C) -πr 2B sin α. (D) -πr 2B cos α.2、如图所示,电流I 由长直导线1经a 点流入由电阻均匀的导线构成的正方形线框,由b 点流出,经长直导线2返回电源(导线1、2的延长线均通过O 点).设载流导线1、2和正方形线框中的电流在框中心O 点产生的磁感强度分别用 1B 、2B、3B 表示,则O点的磁感强度大小 (A) B = 0,因为B 1 = B 2 = B 3 = 0.(B) B = 0,因为虽然B 1≠ 0、B 2≠ 0、B 3≠ 0,但0321=++B B B. (C) B ≠ 0,因为虽然021=+B B,但B 3≠ 0.(D) B ≠ 0,因为虽然B 3= 0,但021≠+B B.3、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状,则P ,Q ,O 各点磁感强度的大小B P ,B Q ,B O 间的关系为: (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O . (C) B Q > B O > B P . (D) B O > B Q > B P .4、磁场由沿空心长圆筒形导体的均匀分布的电流产生,圆筒半径为R ,x 坐标轴垂直圆筒轴线,原点在中心轴线上.图(A)~(E)哪一条曲线表示B -x 的关系?[ ]5、如图,两根直导线ab 和cd 沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上,稳恒电流I 从a 端流入而从d 端流出,则磁感强度B沿图中闭合路径L 的积分⎰⋅Ll B d 等于(A) I 0μ. (B)I 031μ. (C) 4/0I μ. (D) 3/20I μ.IBxOR (D )Bx O R(C )BxO R (E )电流筒6、如图,在一固定的载流大平板附近有一载流小线框能自由转动或平动.线框平面与大平板垂直.大平板的电流与线框中电流方向如图所示,则通电线框的运动情况对着从大平板看是: (A) 靠近大平板. (B) 顺时针转动.(C) 逆时针转动.(D) 离开大平板向外运动.7、在一根通有电流I 的长直导线旁,与之共面地放着一个长、宽各为a 和b 的矩形线框,线框的长边与载流长直导线平行,且二者相距为b ,如图所示.在此情形中,线框内的磁通量Φ =______________.8、如图所示,在真空中有一半圆形闭合线圈,半径为a ,流过稳恒电流I ,则圆心O 处的电流元l Id 所受的安培力F d 的大小为____,方向________.9、有一根质量为m ,长为l 的直导线,放在磁感强度为 B的均匀磁场中B的方向在水平面内,导线中电流方向如图所示,当导 线所受磁力与重力平衡时,导线中电流I =___________________.10、图示为三种不同的磁介质的B ~H 关系曲线,其中虚线表示的是B = μ0H 的关系.说明a 、b 、c 各代表哪一类磁介质的B ~H 关系曲线:a 代表____________________的B ~H 关系曲线.b 代表____________________的B ~H 关系曲线.c 代表____________________的B ~H 关系曲线.11、AA '和CC '为两个正交地放置的圆形线圈,其圆心相重合.AA '线圈半径为20.0 cm ,共10匝,通有电流10.0 A ;而CC '线圈的半径为10.0 cm ,共20匝,通有电流 5.0 A .求两线圈公共中心O 点的磁感强度的大小和方向.(μ0 =4π×10-7 N ·A -2)12、如图所示,一无限长载流平板宽度为a ,线电流密度(即沿x 方向单位长度上的电流)为δ ,求与平板共面且距平板一边为b 的任意点P 的磁感强度.I 1I 2IlI dIB13、螺绕环中心周长l = 10 cm ,环上均匀密绕线圈N = 200匝,线圈中通有电流I = 0.1 A .管内充满相对磁导率μr = 4200的磁介质.求管内磁场强度和磁感强度的大小.14、一根同轴线由半径为R 1的长导线和套在它外面的内半径为R 2、外半径为R 3的同轴导体圆筒组成.中间充满磁导率为μ的各向同性均匀非铁磁绝缘材料,如图.传导电流I 沿导线向上流去,由圆筒向下流回,在它们的截面上电流都是均匀分布的.求同轴线内外的磁感强度大小B 的分布.答案:一 选择题1、D2、A3、D4、B5、D6、B7、2ln 20πIaμ 8、a l I 4/d 20μ 垂直电流元背向半圆弧(即向左)9、)/(lB mg10、铁磁质、 顺磁质、 抗磁质 11、解:AA '线圈在O 点所产生的磁感强度002502μμ==AAA A r I NB (方向垂直AA '平面)CC '线圈在O 点所产生的磁感强度 005002μμ==CCC C r I N B (方向垂直CC '平面)O 点的合磁感强度 42/1221002.7)(-⨯=+=C AB B B T B 的方向在和AA '、CC '都垂直的平面内,和CC '平面的夹角︒==-4.63tg1AC B B θC A12、解:利用无限长载流直导线的公式求解.(1) 取离P 点为x 宽度为d x 的无限长载流细条,它的电流 x i d d δ=(2) 这载流长条在P 点产生的磁感应强度 xiB π=2d d 0μxxπ=2d 0δμ 方向垂直纸面向里.(3) 所有载流长条在P 点产生的磁感强度的方向都相同,所以载流平板在P点产生的磁感强度==⎰B B d ⎰+πba bxdx x20δμbb a x+π=ln20δμ 方向垂直纸面向里.13、解: ===l NI nI H /200 A/m===H H B r μμμ0 1.06 T14、解:由安培环路定理:∑⎰⋅=iI l Hd0< r <R 1区域: 212/2R Ir rH =π 212R Ir H π=, 2102R Ir B π=μR 1< r <R 2区域: I rH =π2rI H π=2, rIB π=2μR 2< r <R 3区域: )()(22223222R R R r I I rH ---=π )1(22223222R R R r rI H ---π=)1(2222322200RR R r rIH B ---π==μμr >R 3区域: H = 0,B = 0。
《大学物理》第25章_磁场的来源
F mg (0.12103 kg / m)(1.0m)(9.8m / s2 ) 1.18103 N
导线2受到的安培力的方向必须向上 令上述两个力的大小相等,l = 1.0 m
F 0 I1I2 l 2 d
I2
2 d 0 I1
D
F 0 I1I2 (4 107 T m / A) (1A)(1A) 2 107 N / m
l 2 d
(2 )
(1m)
“安培”的定义:两根相距1米的平行长直载流导线,若每
根导线每米长度受到的力恰好等于2×10-7N,则每根导线
通过的电流为1安培(1A)。
“库仑”的定义:1A电流在1s内输运的电量:1C=1A·s
§25-4 安培环路定理
长直载流导线产生的磁场
B 0 I 2 r
任意形状载流导线产生的磁场
?
验证
B dl 0Iencl
考虑载流长直导线的磁场
在恒定电流的磁场中,磁感应 强度 B 矢量沿任一闭合路径 L的线 积分(即环路积分),等于什么?
在垂直于导线的平面内任
选的回路上取一点p,该点到导
L2
L1
O
P
结果为零!
B d l B d l B d l
L
L1
L2
0 I ( d d ) 0
2 L1
L2
闭合曲线不包围电流,磁感应强度矢量的环流为零。
磁感应强度的环流与闭合曲
线的形状无关,它只和闭合曲
线所包围的电流有关。 安培环路定理 磁场中,沿任一闭合曲线 B矢量的线积分(也
高二物理选修课件磁现象和磁场
生物体内磁性物质研究
生物磁性物质种类
生物体内存在多种磁性物质,如铁磁性物质、亚铁磁性物质等, 这些物质在生物体内发挥着重要的生理功能。
生物磁性物质的生物功能
生物体内的磁性物质参与多种生物过程,如导航、生物矿化、磁感 应等,对生物的生存和繁衍具有重要意义。
数据处理
根据实验原理和测量数据,可以 计算出地磁场的磁感应强度。具 体计算过程包括计算安培力、求 解磁感应强度等步骤。
结果分析和误差来源
结果分析
将实验数据与理论值进行比较,分析实验结果的准确性和可靠性。如果实验数据 与理论值相符,则说明实验结果是正确的。
误差来源
实验误差可能来源于多个方面,如测量误差、仪器误差、环境干扰等。为了减小 误差,可以采用多次测量取平均值、改进实验装置等方法。
磁体周围存在着一种特殊物质,能使磁针偏转, 我们把它叫做磁场。
03 磁极
磁体上磁性最强的部分叫磁极。
磁体与磁场
01 磁体
具有磁性的物体叫磁体。
02 磁场
磁体周围空间存在着一个对放入其中的磁体产生 磁力作用的特殊物质叫做磁场。
03 磁场方向
在磁场中的某一点,小磁针静止时北极所指的方 向就是该点的磁场方向。
电磁铁
通过电流在导线周围产生磁场,使铁 芯磁化,从而具有磁性。电磁铁广泛 应用于各种电器和机械设备中。
电磁感应
当磁场发生变化时,会在导体中产生 感应电流。这是电动机和发电机的工 作原理基础。
电动机原理
利用磁场对电流的作用力,使电动机 转动。电动机是现代工业中最重要的 动力设备之一。
磁记录技术(硬盘、磁带等)
大学物理实验螺旋管磁场讲义
实验一、直导体外的磁场实验目的1、直导体附近磁场的磁感应强度与直导体中电流的函数关系;2、直导体附近磁场的磁感应强度与距直导体的距离的函数关系。
实验设备①各种形状导体4套;②大电流变压器;③电源15VAC/12VDC/5A ;④特斯拉表;⑤霍耳元件探针;⑥钳形电流计;⑦万用数字电表;⑧米尺;⑨支撑杆、连接导线等。
有关术语磁通量;电磁感应;磁场的叠加。
实验原理根据Biot-Savart 定律,一根长AB 的直导线通过的电流强度为I ,直导体外一点Q 处的磁感应强度为:)cos (cos 4210ϕϕπμ-=rIB 方向为右手定则或按电流I 方向与矢径r 方向的矢积方向决定。
当Q 点距离导线很近时,rI B πμ20= (1)图1.求载流直流导线的磁场实验内容1、实验设备安装与调节,满足可测的实验要求:实验设备如图安装,注意各个接头一定要接触紧密。
调节电源3中心的旋钮,改变通过导体的电流,从钳形电流计6所连接的万用电表(放在交流电压的200mv 档)可直接读出导体内的电流的大小(1mv =1安培)。
将霍耳元件探针5(注意不要将其与导线接触)放在距离导线的指定距离处在特斯拉计的显示窗口就可以读出该处的磁感应强度B 。
2、将霍耳元件放在距导线1cm 左右处,从0开始调节导线中的电流,从40安培开始每隔10 安培左右读一次磁感应强度的值,直到100安培。
自行设计表格记录下相应实验数据。
3、使电流保持在90安培,改变距离r (从10cm -0.5cm )。
4、作出以上两实验的曲线,用作图法或最小二乘法求出μ0的值(注意单位用SI 国际单位制)5、改变导线形状,再按上述步骤重复做实验,分析结果得出你的结论,并用理论拟合来说明结论的正确性。
(注:设备中还有3套导线,同学可以选一或二种,并自行设计实验)。
图2. 实验设备安装连线图 拓展实验:45326 189实验二、螺线管内的磁场的测量实验目的1、测量通电螺线管线圈内的磁感应强度,讨论通电螺线管线圈内部I 、L 、x 和B 之间关系;2、计算出真空中的磁导率。
大学物理 第十一章 电流与磁场
A
E
B
Ek
凡电源内部都有非静电力,
U
非静电力使正电荷由负极经电源内部到达正极。
A
UB
引入:非静电场强
Ek
=
单位正电荷所受的非静电力。
Ek E
Fk qEk
2 电动势ε
A非
L qEk
dl
内
qEk
dl
qEk 外
dl
内 qEk
dl
★ 结论:当电荷在闭合电路中运动一周时,只有非静电力做功
右手法则,dB (
Idl
r
)
(11-29)
2. 载流导线的磁场
B
l
0 4
Idl r0
r2
(矢量积分) (11-30)
方向判断练习
• dB
r
Idl
dB
r
Idl
r
Idl
dB
dB
r
Idl
•
二、毕 - 沙 定律 的应用(重点 计算B的方法之一)
1. 一段直电流的磁场
I
讲义 P.324 例 11-1
一 磁现象 磁场 — 运动电荷周围存在的一种物质。
1. 运动电荷 电流
磁场;
2. 磁场可脱离产生它的“源”独立存在于空间;
3. 磁力通过磁场传递,作用于运动电荷或载流导线;
4. 磁场可对载流导线做功,所以具有能量。
演示磁场电流相互作用
I
SN
二、磁感应强度 B
1. 实验结果
z
F
B
F q, v, B, sin
五、欧姆定律 (Ohm’s law)
R是与U 和I 无关的常量。
I U R
大学物理学(第二版)全套PPT课件
万有引力定律
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。 该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离 的平方成反比。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受 其他外力的作用下),物体系统的动能和势能( 包括重力势能和弹性势能)发生相互转化,但机 械能的总能量保持不变。
04
动量守恒与能量守恒
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
不可能从单一热源取热,使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
热力学第二定律的数学表达式
对于可逆过程,有dS=(dQ)/T;对于不可逆过程,有dS>(dQ)/T,其中S表示熵,T表 示热力学温度。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律揭示了自然界中宏观过程的方向性,指出了与热现象有关的实际宏观过 程都是不可逆的。同时,它也提供了判断这些过程进行方向的原则。
刚体的定轴转动中的功与能
转动功
力矩在转动过程中所做的功叫做“转动功”,它等于力矩与角位 移的乘积。
转动动能
刚体定轴转动的动能叫做“转动动能”,它等于刚体的转动惯量与 角速度平方的一半的乘积。
机械能守恒
在只有重力或弹力做功的情况下,刚体的机械能守恒,即动能和势 能之和保持不变。
06
热学基础
温度与热量
磁场的基本概念
01
磁场的定义
磁场是一种物理场,由运动电荷或电流产生,对放入其中的磁体或电流
有力的作用。
02
磁感线
用来形象地表示磁场方向和强弱的曲线,磁感线上某点的切线方向表示
该点的磁场方向。
03
磁场的性质
磁场具有方向性、强弱性和空间分布性。
安培环路定理与毕奥-萨伐尔定律
01
人教版高中物理选修3-1:3.1磁现象和磁场课件(共35张PPT)
安培曾写道:“奥斯特先生……已经 永远把他的名字和一个新纪元联系在一起 了。”
F
F′
?
同 向 电 流 互 相 吸 引
反 向 电 流 互 相 排 斥 .
三、磁场 1、磁体或电流周围空间存在的一 种特殊物质。
F
F′
2、磁场的基本性质: 磁场对放入其中的磁体或通电 导体会产生磁力作用。
四、地磁场 1、地球是一个巨大的磁体。 2、地球周围空间存在的磁场叫地磁 场。
第三章 磁场
第一节 磁现象和磁场
• ☆教材分析 • 磁现象和磁场是新教材中磁场章节的第一节 课,从整个章节的知识安排来看,本节是此 章的知识预备阶段,是本章后期学习的基础, 是让学生建立学习磁知识兴趣的第一课,也 是让学生建立电磁相互联系这一观点很重要 的一节课,为以后学习电磁感应等知识提供 铺垫。
•
• •
• •
• ☆重点难点 • 电流的磁效应、磁场的定义与基本特征是 本节重点,也是难点
中国古代对磁的认识
中国古代四大发明之一 司南(指南针)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ东汉王充
最初发现的磁体是被称为“天然磁石” 的矿物,其主要成分为Fe3O4 ,能吸引铁质物 体.
磁铁多是由铁、钴、镍等金属或某些氧化物制成。
注意:天然磁石和人造磁铁都是永磁体。
3、 地球的地理两极与地磁两极反向但并不重 合,其间有一个夹角,叫磁偏角。因此,指南针 所指方向不是正南方,而是和地磁南极有一个夹 角。
磁南极
地理 北极
地理 南极
磁北极
3、 地球的地理两极与地磁两极反向但并不重 合,其间有一个夹角,叫磁偏角。因此,指南针 所指方向不是正南方,而是和地磁南极有一个夹 角。
奥斯特早在读大学时 就深受康德哲学思想的影 响,认为各种自然力都来 自同一根源,可以相互转 化。
川大大学物理课件74 磁场的高斯定理和安培环路定理
I4
第七章 恒定电流和恒定磁场
10
大学
§7.4 磁场的高斯定理和安培环路定理
物理学
B
2. 安培环路定理的举例(非证明):
无限长直电流的磁场
B dl L
0
Ii
I
i
B :由毕-萨定律: B 0I 方向如图
2πr
L
d B
dl
L:在围 绕载 流导线的垂直平面内的圆回路 B dl Bdl cos Bdl Brd
0 r R,
l
B
d
l
0
r R, l B d l 0I
B0 B 0I
2π r
第七章 恒定电流和恒定磁场
16
大学
§7.4 磁场的高斯定理和安培环路定理
物理学
三、 密绕载流螺绕环内外的磁场
解 (1) 对称性分析:
在与环共轴的圆周上磁感应强度
的大小相等,方向沿圆周的切线
2
大学
§7.4 磁场的高斯定理和安培环路定理
物理学
磁感应线的特点
(1)磁感应线密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱。
(2)磁感应线是一些无头无尾的闭合的曲线
(3)磁感应线的方向与电流的方向相互服从
右手螺旋定则
第七章 恒定电流和恒定磁场
3
大学
§7.4 磁场的高斯定理和安培环路定理
物理学
2 磁通量
S B
方向。磁感线是与环共轴的一系
列同心圆。
xd
R
B
第七章 恒定电流和恒定磁场
17
大学
§7.4 磁场的高斯定理和安培环路定理
物理学 (2)选回路: 半径为R的圆
大学物理PPT完整全套教学课件
温标的选择
在热力学中,常用的温标有摄氏 温标、华氏温标和热力学温标。 其中,热力学温标以绝对零度为 起点,与热量传递的方向无关, 因此更为科学。
热力学第一定律
01
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能 或其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保 持不变。
02
质点运动的描述
01 位置矢量与位移
02
位置矢量描述质点在空间中的位置,位移是质点位置
的变化量
03
位移是矢量,具有大小和方向,其方向与从初位置指
向末位置的有向线段一致
质点运动的描述
速度与加速度 速度是质点运动的快慢程度,加速度是速度变化的快慢程度 速度和加速度都是矢量,具有大小和方向
圆周运动
圆周运动的描述
能量守恒定律
能量守恒定律的表述
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从 一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。
能量守恒定律的适用范围
无论是宏观世界还是微观世界,无论是低速运动还是高速运动,能量守恒定律都适用。
能量守恒定律的数学表达式
ΔE = W + Q,其中ΔE表示系统内能的增量,W表示外界对系统做的功,Q表示系统吸 收的热量。
通过牛顿运动定律可以预测物体 在受力后的运动状态,为物理学 研究提供基础。
非惯性系中的力学问题
01
非惯性系定义
02
惯性力概念
相对于地面做加速或减速运动的参考 系称为非惯性系。
在非惯性系中,为了解释物体的运动 ,需要引入一种假想的力,即惯性力 。
03
非惯性系中牛顿运动 定律的应用
在非惯性系中,牛顿运动定律仍然适 用,但需要考虑惯性力的影响。例如 ,在旋转的参考系中,物体受到的惯 性力会导致其偏离原来的运动轨迹。
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+
x3 3!
∂3B ( ∂x3 ) x=0
+
x4 4!
∂4B ( ∂x4 ) x=0
+
间距等于半径的一对共轴圆线圈称为亥姆霍兹线圈。
10
例八:求密绕长直螺线管轴线上的磁场分布。
解:设单位长度上匝数为 n ,电流为 I 。
BI L
×××××××××××××××
β1 β β2
•••••••••••••••
=
(3 j
−
4i ) × 2.4 ×10−12 (T)
12
2
[R2
I R2 + (x − a / 2)2 ]3/ 2
R
R
B−
=
µ0
2
[R2
I R2 + (x + a / 2)2 ]3/ 2
B
=
B−
+
B+
dB ≡ 0 dx
x=0
d2 B dx2
=0→a=R
x=0
B(x)
=
B(0) +
x ∂B 1! ( ∂x ) x=0
+
x2 2!
∂2B ( ∂x2 ) x=0
第八章 恒定磁场
§8.1 电流的磁场
一、简介 1. 磁性描述:古希腊寓言说牧人玛格内斯 Magnes 的鞋钉和手仗被山上的磁铁吸引。又说磁铁发现于 玛格尼西亚 Magnesia的地方。伽利略时代英国女皇 御医吉尔伯特的《论磁》描述了磁石的所有性质。
2. 战国的《吕氏春秋》和东汉的高诱都记载有慈石 招铁。王充《论衡》中的“司南勺”是公认最早的 指南针。河北磁县旧慈州因盛产天然磁石而得名。
5. 1820年 4 月,丹麦科学家奥斯特在上课途中突发 奇想:静电对磁石无影响,电流呢?果然发现磁针 偏转,打破了电、磁界限。克隆电学体系,以法国 科学家为主体的磁学研究,半年就完成了。至今未 发现近代理论预言的磁荷,但有等效的磁荷观点。
6. 磁的本质:电荷间的作用力存在于场源电荷和受 力电荷之间。二者或静止、或运动,组合有四种: ①二个电荷一静、一静;②二个电荷一静、一动; ③二个电荷一动、一静;④二个电荷一动、一动。
125
10−3 (9 j )
o Id
ϕ
x
−10 j = 7.2 ×10−12
l
y
P(3,4,0)
j (T)
Id l × r2
= 10−3[3k × (3i
+
4 j )]
= 10−3 (9 j
−12i )
d
B2
=
10−7 125
10−3 (9 j
−12i )
②磁场构成同心圆系,圆心位于电流元所在轴线。
5
例二:求载流弧线圆心的磁感应强度。 z
解:由毕萨定律及叠加原理,
dB =
µ0 4π
Id l × r
r3
r≡R
sinθ ≡ 1
o
dB=
µ0 4π
Id l sinθ
r2
方向向外
x
z
∫ B∩
=
µ0I 4π R2
dl
L
=
µ0I 4π R2
L
→
BO
=
µ0I
2R
θ
o
Bx
=
µ0I 4π r 2
2π
R
cosθ
=
µ0 IR
2(R2 + x2 )
R R2 + x2
y
θ
x
6
例三:求载流直线外各点的磁感应强度。
解:根据电流、场点建立坐标系, y
dB =
µ0 4π
I d y sinθ
r2
y = − cotθ , r = a
a
sin θ
θ2
d y = a dθ sin2 θ = dθ r 2 sin2 θ a2 a
d
l
×
B
dt
→
qv × B
4
例一:毕萨定律的定性分析。
dB=
µ0 4π
Id
l
×
r
r3
大小:d B
=
µ0 4π
Id l sin θ
r2
①磁场大小与距离平方成反比。
θ Idl
②等距时,电流元横向位置磁场最大。
③等距时,电流元纵向位置磁场为零。
方向:d
l
×
r
①磁场的方向,由电流元与位置矢量的矢积确定。
dβ
方向向左
∫ ∫ B =
d B = − µ0 nI
x
2
β2 β1
sin
β
dβ
=
µ0
2
nI (cos β2
− cos β1)
11
例九:在坐标原点有一电流元 I d l = 3×10−3 k A⋅ m
分别求出点(3,0,4)、(3,4,0)的磁z感应强度。
解:如图,根据毕萨定律,
dB=
µ0 4π
是多个共轴圆线圈的紧密组合,
B
=
µ0
2
I R2 (R2 + x2)3/2
x = R cot β → d x = −R csc2 β d β d I = In d x → R2 + x2 = R2 csc2 β
dB
=
µ0
2
R2In(−R csc2 β R3 csc3 β
dβ)
=−
µ0
2
nI sin β
I 2 L2
→
B上,下
=
0
B左右
=
µ0I [(cos 0 − cos π ) + (cos 5π
4π a
6
6
− cosπ )]
=
µ0I 4π a
(2 − 2cos π )
6
9
例七:一对共轴圆线圈组合的轴线上的磁场分布。
Bx
=
µ0
2
I R2 r3
=
µ0
2
I R2 (R2 + x2 )3/2
a
B+
=
µ0
通 量
∑
E=
Ei
组 合
∫
E⋅dr =0
L
环 量
3
三、知新 1. 安培定律:d
F21
=
k
I2
d
l2
×
(I1 d r132
l1
×
r12
)
d
F21
≠
0
I2d
l2
r12
2.
磁力强度:d B1
=
d F21 I2d l2
= ×k
I1d l1 × r12
r132
2
二、温故
1.
库仑定律:F2
=
F21
=
k
q2q1 r132
r12
2. 电场强度:E1
=
F21 q2
=
k
q1 r132
r12
dE
dq
3. 微观电场:dE
=
1
4πε 0
dq r3
r
电荷中挖一块
4.
宏观电场:E
=
∫∫∫V
dq
4πε 0 r 3
r
叠 加
5. 相关定理:∫∫SD ⋅d S = ∫∫∫V d q
例四:求如图的无限长均匀载流面 j 的磁感应强度。
解:根据电流、场点建立坐标系,y
dB = µ0( j d y) 2π r
y = − cotθ , r = a
a
sinθ jd y
dy r
=
adθ sin2 θ
sinθ
a
=
dθ sinθ
dB = µ0 j dθ 2π sinθ
θ2
θ r
a
θ
dB
o
Id y
dB = µ0 I sinθ dθ 4π a
θ r
a dB
∫ B = µ0I
4π a
θ2 sinθ dθ
θ1
=
µ0I 4π a
(cosθ1
−
cosθ2 )
o
θ1
x
B∞
=
µ 0I 4π a
[1−
(−1)]
=
µ 0I 2π a
B+ y
=
B− y
=
µ 0I 4π a
7
x
d
By
=
d
B sinθ
=
µ0 2π
j
dθ
→
By
=
µ0j 2π
(θ2
− θ1 )
θ1
d Bx
= − d B cosθ
=
−µ0j 2π sinθ
d sinθ
→ Bx
=
µ 0 j ln | sinθ1 2π sinθ2
|
8
例五:求载流正方形线圈中心的磁感应强度。
解:
B
=
µ 0I 4π a
(cosθ1
−
3. 两种磁极:磁针或条形线圈的两端磁性特别强的 区域称磁极;趋向地球北方的一端称北极、而另一 端则称南极;同磁极互相排斥、异磁极互相吸引。
1
4. 地磁偏角:地球是巨大的磁性变换的椭球,目前 地理北极是地磁南极;地理南极是地磁北极。地球 的磁性极轴与地理极轴的空间指向稍有偏差,沈括 对地磁偏角有具体的描述,早欧洲四百多年。