大学物理 第十一章 恒定电流与真空中的恒定磁场

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大学物理(下)十一章十二章作业与解答

大学物理(下)十一章十二章作业与解答

⼤学物理(下)⼗⼀章⼗⼆章作业与解答第⼗⼀章恒定磁场⼀. 选择题1.在⼀平⾯内,有两条垂直交叉但相互绝缘的导线,流经两条导线的电流⼤⼩相等,⽅向如图,在哪些区域中有可能存在磁感应强度为零的点?(A) 在Ⅰ、Ⅲ象限(B) 在Ⅰ、Ⅳ象限(C) 在Ⅱ、Ⅲ象限(D) 在Ⅱ、Ⅳ象限[ ]2. 载流导线在同⼀平⾯内,形状如图,在圆⼼O处产⽣的磁感应强度⼤⼩为(A)(B)(C)(D) [ ]注意见第11章课件最后的总结的那个图,半圆载流回路在圆⼼处的磁感强度是多少?3. ⼀圆形回路1及⼀正⽅形回路2,圆的直径与正⽅形边长相等,⼆者中通有⼤⼩相同电流,则它们在各⾃中⼼处产⽣的磁感应强度⼤⼩之⽐为(A) 0.90(B) 1.00(C) 1.11(D) 1.22 [ ]注意教材page304,及课件最后总结的那个图4. 在磁感应强度为的均匀磁场中做⼀半径为r的半球⾯S,S边线所在平⾯的法线⽅向单位⽮量与的夹⾓为θ,则通过半球⾯S 的磁通量(取半球⾯向外为正)为(A)(B)(C)(D)[ ]5. 如图,⽆限长载流直导线附近有⼀正⽅形闭合曲⾯S,当S向导线靠近时,穿过S的磁通量和S上各点的磁感应强度的⼤⼩B 将(A) 增⼤,B增强(B) 不变,B不变(C) 增⼤,B不变(D) 不变,B增强[ ]6. 取⼀闭合积分回路L,使若⼲根载流导线穿过它所围成的⾯,若改变这些导线之间的相互间隔,但不越出积分回路,则(A) 回路L内的电流的代数和不变,L上各点的不变(B) 回路L内的电流的代数和不变,L上各点的改变(C) 回路L内的电流的代数和改变,L上各点的不变(D) 回路L内的电流的代数和改变,L上各点的改变[ ]7. 如图,两根导线ab和cd沿半径⽅向被接到⼀个截⾯处处相等的铁环上,恒定电流I 从a端流⼊⽽从d端流出,则磁感应强度沿闭合路径L的积分等于(A)(B)(C)(D)[ ]8. ⼀电荷为q的粒⼦在均匀磁场中运动,下列说法正确的是(A) 只要速度⼤⼩相同,粒⼦所受的洛仑兹⼒就相同(B) 在速度不变的前提下,若电荷q变为 -q,则粒⼦受⼒反向,数值不变(C) 粒⼦进⼊磁场后,其动能和动量都不变(D) 洛仑兹⼒与速度⽅向垂直,所以带电粒⼦运动的轨迹必定是圆[ ]9. 质量为m、电量为q的粒⼦,以速度v垂直射⼊均匀磁场中,则粒⼦运动轨道包围范围的磁通量与磁感应强度的⼤⼩之间的关系曲线为[ b ]注意见P317,(11.30)10. 如图,长直载流导线与⼀圆形电流共⾯,并与其⼀直径相重合(两者间绝缘),设长直电流不动,则圆形电流将(A) 向上运动(B) 绕旋转(C) 向左运动(D) 向右运动(E) 不动[ ]11. 磁场中有⼀载流圆线圈,其既不受⼒也不受⼒矩作⽤,这说明(A) 该磁场⼀定均匀,且线圈的磁矩⽅向⼀定与磁场⽅向平⾏(B) 该磁场⼀定不均匀,且线圈的磁矩⽅向⼀定与磁场⽅向平⾏(C) 该磁场⼀定均匀,且线圈的磁矩⽅向⼀定与磁场⽅向垂直(D) 该磁场⼀定不均匀,且线圈的磁矩⽅向⼀定与磁场⽅向垂直[ ]注意见P325 第⼆段表述,11.36式12. ⽤细导线均匀密绕成长为l、半径为a(l >>a)、总匝数为N的螺线管,管内充满相对磁导率为的均匀磁介质,线圈中载有电流I,则管中任⼀点(A) 磁感应强度⼤⼩为(B) 磁感应强度⼤⼩为(C) 磁场强度⼤⼩为(D) 磁场强度⼤⼩为[ ]⼆. 填空题13.如图,电流元在P点产⽣的磁感应强度的⼤⼩为___________________.14. 真空中有⼀载有电流I的细圆线圈,则通过包围该线圈的闭合曲⾯S的磁通量Φ=________________. 若通过S⾯上某⾯元的磁通为,⽽线圈中电流增加为2I时,通过该⾯元的磁通为,则_______________.0 ; 1︰215. 如图,两平⾏⽆限长载流直导线中电流均为I,两导线间距为a,则两导线连线中点P的磁感应强度⼤⼩,磁感应强度沿图中环路L的线积分_______________________.0 ;16. 恒定磁场中,磁感应强度对任意闭合曲⾯的积分等于零,其数学表⽰式是____________,这表明磁感应线的特征是_________________________. ;闭合曲线17. ⼀长直螺线管是由直径的导线密绕⽽成,通以的电流,其内部的磁感应强度⼤⼩B =_____________________.(忽略绝缘层厚度)18. 带电粒⼦垂直磁感应线射⼊匀强磁场,它做______________运动;带电粒⼦与磁感应线成300⾓射⼊匀强磁场,则它做__________________运动;若空间分布有⽅向⼀致的电场和磁场,带电粒⼦垂直于场⽅向⼊射,则它做__________________运动.圆周;螺旋线;变螺距的螺旋线19. 在霍尔效应实验中,通过导电体的电流和的⽅向垂直(如图).如果上表⾯的电势较⾼,则导电体中的载流⼦带___________电荷;如果下表⾯的电势较⾼,则导电体中的载流⼦带___________电荷.正;负20. 如图,⼀载流导线弯成半径为R的四分之⼀圆弧,置于磁感应强度为的均匀磁场中,导线所受磁场⼒⼤⼩为______________,⽅向为_____________.; y轴正向注意:积分IRBdθ,θ的积分上下限?21. 如图,半径为R的半圆形线圈通有电流I,线圈处在与线圈平⾯平⾏指向右的均匀磁场中,该载流线圈磁矩⼤⼩为___________,⽅向____________;线圈所受磁⼒矩的⼤⼩为_________________,⽅向_____________.;垂直纸⾯向外;;向上22. 磁场中某点,有⼀半径为R、载有电流I的圆形实验线圈,其所受的最⼤磁⼒矩为M,则该点磁感应强度的⼤⼩为_________________.注意见教材324页三. 计算题23. 如图,两长直导线互相垂直放置,相距为d,其中⼀根导线与z轴重合,另⼀与x轴平⾏且在Oxy平⾯内,设导线中皆通有电流I,求y轴上与两导线等距的P点处的磁感应强度.解:长直载流导线在距其r处的磁感应强度为两长直载流导线在P点产⽣的磁感应强度⽅向⼀沿z轴⽅向,⼀沿x轴负⽅向且⽅向平⾏于Oxz平⾯与Oxy⾯成45o,如图⽰。

川师大学物理第十一章-恒定电流的磁场习题解

川师大学物理第十一章-恒定电流的磁场习题解

第十一章 恒定电流的磁场11–1 如图11-1所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为I ,求它们在O 点处的磁感应强度B 。

(1)高为h 的等边三角形载流回路在三角形的中心O 处的磁感应强度大小为 ,方向 。

(2)一根无限长的直导线中间弯成圆心角为120°,半径为R 的圆弧形,圆心O 点的磁感应强度大小为 ,方向 。

…解:(1)如图11-2所示,中心O 点到每一边的距离为13OP h =,BC 边上的电流产生的磁场在O 处的磁感应强度的大小为012(cos cos )4πBC I B dμββ=-^IB21图11–2图11–1…B(a )AE(b )0(cos30cos150)4π/3Ih μ︒︒=-=方向垂直于纸面向外。

另外两条边上的电流的磁场在O 处的磁感应强度的大小和方向都与BC B 相同。

因此O 处的磁感应强度是三边电流产生的同向磁场的叠加,即3BC B B ===方向垂直于纸面向外。

(2)图11-1(b )中点O 的磁感强度是由ab ,bcd ,de 三段载流导线在O 点产生的磁感强度B 1,B 2和B 3的矢量叠加。

由载流直导线的磁感强度一般公式012(cos cos )4πIB dμββ=- 可得载流直线段ab ,de 在圆心O 处产生的磁感强度B 1,B 3的大小分别为01(cos0cos30)4cos60)IB R μ︒=︒-︒π(0(12πI R μ=-031(cos150cos180)4πcos60IB B R μ︒==︒-︒0(12πI R μ=-】方向垂直纸面向里。

半径为R ,圆心角α的载流圆弧在圆心处产生的磁感强度的大小为04πI B Rμα=圆弧bcd 占圆的13,所以它在圆心O 处产生的磁感强度B 2的大小为00022π34π4π6II I B R R Rμμαμ===方向垂直纸面向里。

因此整个导线在O 处产生的总磁感强度大小为000012333(1)(1)0.212π22π26I I I I B B B B R R R Rμμμμ=++=-+-+=方向垂直纸面向里。

11-5真空中磁场的安培环路定理

11-5真空中磁场的安培环路定理
L
0 I d d L 2 L 0 I 2
1 2

L1
L2

I
o I B 2 r
A
0

B
L2 L1
规定:与L绕向成右旋关系 Ii > 0 与L绕向成左旋关系 Ii < 0 例如:
I2
I1
I3
L
I4
I
L
I I I 1 2 3 i
0 I
2πr
r
B
B 外 方向与I指向满足右旋关系
B内 0
B外
O
R
r
练习:同轴的两筒状导线通有等值反向的电流I,
求 B 的分布。
(1) r R2 , B 0
0 I ( 2) R1 r R2 , B 2r
R2
R1
I
r I
( 3) r R1 , B 0

0 j B
2
0 j x arctg 2π z z 2
0 zj 1
o
x

0 j
2
解二、用安培环路定理
j
z
l
在对称性分析的基础上

x
选如图安培环路 得:B
由:

L
B dl 2lB 0 jl
0 j
2
思考:如果载Байду номын сангаас平面不是无限宽, 思考 能否用叠加原理求解? 能否用安培环路定理求解?
例4. 求无限长载流圆柱形导体的磁场分布. 对称性分析:
L
dI
r
dI dI o r dI
dB
dB
I

第11章-恒定磁场

第11章-恒定磁场

3、当带电粒子在磁场中 垂直于此特定方向运动时 受力最大.
Fmax 大小与 q, v 无关
qv
13
11-3
磁场
磁感强度
磁感强度 B的定义:
➢ 方向:若带电粒子在磁场中某点向某方向运动
不受力,且该方向与小磁针在该点指向一致,此特
定方向定义为该点的 B 的方向.
➢ 大小:B F / qv
Fmax
➢ 运动电F荷在q磁v 场B中 受力
Idl er r2
真空磁导率 0 4π 107 N A2
P * r
Idl
任意载流导线在点 P 处的磁感强度
磁感强度叠加原理
B
dB
0I dl er
4π r2
15
11-4 毕奥—萨伐尔定律
dB 0 Idl er 毕奥—萨伐尔定律
4π r2
例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.
1
1、5 点 :dB 0
30
11-5 磁通量 磁场的高斯定理
二 磁通量 磁场的高斯定理
磁感线密度:磁场中某点处垂直于 B矢量的单位 面积上通过的磁感线数目 N / S
磁场中某点处的磁感线密度等于该点 B矢量的大小
B N S
S B
31
11-5 磁通量 磁场的高斯定理
enB B
磁通量:通过某一曲面的 磁感线数为通过此曲面的 磁通量.
方向有关。
➢ 实验结论
1、带电粒子在磁场中某 点P 沿某一特定方向(或 其反方向)运动时不受力, 此特定方向与小磁针指向 一致.
y
F 0
v +* v
P
o
z
x
12
11-3 磁场 磁感强度
2、带电粒子在磁场中沿

第十一章 电磁学 恒定磁场 Ma 2016

第十一章 电磁学 恒定磁场 Ma 2016

0 qnS d lv er dB 4 r2
d B 0 qv er B d N 4 r 2 方向根据右手螺旋法则, B 垂直 v 、 正, B 为 v r 的方向;q为负, B 与
q
+
r B
v
q-
q为 r组成的平面。 v r 相反。
μ0 I B (cos θ1 cos θ 2 ) 4πr0
0 π
2
I
无限长载流长直导线的磁场
θ1 θ2
μ0 I B 2πr0
注意用右手螺旋关系判断方向。 半无限长载流长直导线的磁场
1
r0
P
θ1 θ2

2 π

μ0 I B 4πr0
I
r0
P
大学物理 电磁学
2、载流圆线圈轴线上的磁场 真空中,半径为R的载流导线,通有电流I,称圆电流。求其 轴线上一点 P的磁感强度的方向和大小
1、5 点 : dB 0
7

6 5
Idl
R
×
× 3
3、7点 : dB
0 Idl 4 π R2
4
2、4、6、8 点 :
dB
0 Idl
4π R
2
sin 45
0
大学物理 电磁学
3. 毕—萨定律应用举例
dB 的方向均
沿x 轴负方向
(1) 载流长直导线的磁场
z
dz

2

dB
大学物理 电磁学
磁现象与电现象有没有联系?
静电场 ?
静止的电荷 运动的电荷
1820年奥斯特:发现电流的磁效应
N

2025高考物理备考复习教案 第十一章 第1讲 磁场及其对电流的作用

2025高考物理备考复习教案  第十一章 第1讲 磁场及其对电流的作用
2023:浙江6月T10;
安培力作用下的平衡和加速问题
2022:湖北T11,全国甲T25;
2021:广东T5;
2019:江苏T7
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第1讲
磁场及其对电流的作用
核心素养对接
1.物理观念:理解磁感应强度、磁感线、安培力等概念;掌握安培定则、左手定则
的应用方法;建立磁场的物质观念,运动与相互作用观念及能量观念.
线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的
运动情况是(
A )
A. 线圈向左运动
B. 线圈向右运动
C. 从上往下看顺时针转动
D. 从上往下看逆时针转动
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第1讲
磁场及其对电流的作用
[解析]
解法1:等效法
把环形电流等效为一个小磁针,如图所示,磁铁和线圈相互吸引
变成磁体间的相互作用.故A正确.
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第1讲
磁场及其对电流的作用
4. [2024湖北荆州模拟]铁环上绕有带绝缘皮的通电导线,电流方向如图所示,若在
铁环中心O点处放置垂直纸面的电流元,电流方向向外,则电流元受到的安培力方
向为(
A. ①
[解析]
B )
B. ②
C. ③
D. ④
根据右手螺旋定则可知,铁环上方是N极,铁环内的磁场方向由上到下,再
A. 平行于纸面向上
B. 平行于纸面向下
C. 左半部分垂直纸面向外,右半部分垂直纸面向里
D. 左半部分垂直纸面向里,右半部分垂直纸面向外
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第1讲
磁场及其对电流的作用
[解析] 解法1:电流元法
如图,根据安培定则,可判断出导线a半部分的空间磁场方向斜向右上方,右半部

大学物理——11-1磁感应强度B

大学物理——11-1磁感应强度B

电源电动势的方向:电源内部电势升高的方向; 或在电源内部从负极指向正极。
§11.1磁场 磁感应强度
一、基本磁现象
永磁体的性质:
(1)具有磁性,能吸引铁、 钴、镍等物质。 (2)具有磁极,分磁北极N和磁南极S。 (3)磁极之间存在相互作用,同性相斥,异性相吸。 (4)磁极不能单独存在。
司南勺
在磁极区域,磁性最强。

S

S


载流子:导体中宏观定向运动的带电粒子。
电流强度(I):单位时间内通过导体任一 横截面的电荷 。
dq I dt
3
单位:安培 1A 1 C s 1
6
1A 10 mA 10 μ A
恒定电流(直流电): 导体中通过任一截面的电流不随时间变化(I = 恒量)。 电流的方向:导体中正电荷的流向。
B
dF
dF
B
θ
Idl
三、安培力
电流元 Idl 置于磁感应强度为 B 的外磁场中时,
电流元所受的力为: 安培定律:
dF Idl B
安培定律:
一段电流元Idl在磁场中所受的力dF,其大小与电 流元Idl成正比,与电流元所在处的磁感应强度B成正 比,与电流元Idl和B的夹角的正弦成正比,即
dS
n
dI 大小: j j 速度方向上的单位矢量 d S d 对任意小面元 d S , I j d S j d S dS 对任意 dI I j d S j S 曲面S:
d S
P 处正电荷定向移动 j
三、电源和电动势
+
第11章 恒定电流的磁场
11.1 磁感应强度 B

第十一章恒定电流的磁场一作业答案

第十一章恒定电流的磁场一作业答案

第十一章 恒定电流的磁场(一)一、选择题[ B ]1.(基础训练3)有一无限长通电流的扁平铜片,宽度为a ,厚度不计,电流I 在铜片上均匀分布,在铜片外与铜片共面,离铜片右边缘为b 处的P 点(如图)的磁感强度B 的大小为(A) )(20b a I +πμ. (B) b ba a I +πln 20μ.(C) b ba b I +πln 20μ. (D) )2(0b a I +πμ. 【提示】在距离P 点为r 处选取一个宽度为dr 的电流(相当于一根无限长的直导线),其电流为IdI dr a =,它在P 处产生的磁感应强度为02dI dB rμπ=,方向垂直纸面朝内;根据B dB =⎰得:B 的方向垂直纸面朝内,B 的大小为000dI B ln 222b a b I I dr a br a r a bμμμπππ++===⎰⎰.[ D ]2、(基础训练4)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.【提示】如图,设两条支路电流分别为I 1和I 2,满足1122I R I R =,其中12R R ,为两条支路的电阻,即有1211212()l l l I I I I s s s ρρρ==-,得:123I I = 根据安培环路定理,0001L 23内LIB dl I I μμμ⋅===∑⎰, [D ]3、(自测提高1)无限长直圆柱体,半径为R ,沿轴向均匀流有电流.设圆柱体内( r < R )的磁感应强度为B i ,圆柱体外( r > R )的磁感应强度为B e ,则有 (A) B i 、B e 均与r 成正比. (B) B i 、B e 均与r 成反比. (C) B i 与r 成反比,B e 与r 成正比.(D) B i 与r 成正比,B e 与r 成反比. 【提示】用安培环路定理,0 2内L B r I πμ⋅=∑,可得: 当r<R 时 022Ir B R μπ=; 当 r > R 时 02IB rμπ=.[ C ]4、(自测提高7) 如图11-49,边长为a 的正方形的四个角上固定有四个电荷均为q 的点电荷。

第十一章恒定磁场

第十一章恒定磁场
11-3 磁场 磁感应强度
一 基本磁现象
磁性:能够吸引铁、钴、镍等物质的性质
磁体:具有磁性的物体(永磁体,电流,运动电荷)
磁场:磁体在其周围激发磁场
对放入其中的其它磁体有力的作用(安培力,洛伦兹力)
磁体 磁场 磁体
磁现象的电本质:安培分子环流(即电荷的运动)

恒定磁场(静磁场):由恒定电流激发,不随时间变化。B(r )
说明磁感应线为闭合曲线。

E dl 0 说明电场线为非闭合曲线
例 如图载流长直导线的电流为 I , 试求通过矩形
面积的磁通量.(P204:例6)
B
dx
I
l
d1 d2
ox
x
解 B 0I
2π x
dΦ BdS 0I ldx
2π x
Φ
S
B dS

0Il

例 带电粒子在电场和磁场中运动举例
1.速度选择器
+
A A’ K
eE

ev0

B
+ 速度选择器
p1 p2
........................
-
L
d
v0

E B
2 . 质谱仪
速度选择器
照相底片
...........
-p1
...
... ... ...
.. .. ..
s1 s2
p2
使带电粒子在磁场的作用下作回旋运动。 使带电粒子在电场的作用下得到加速。
NN
D2
O
~
D1
B
S
回旋加速器原理图
频率与半径无关
f qB 2π m

大学物理之恒定电流的磁场

大学物理之恒定电流的磁场

磁场能量传
磁场能量传输原理
利用磁场可以实现能量的无线传输。
磁场能量传输方式
包括磁耦合、磁感应等。
磁场能量传输特点
具有高效、安全、环保等优点,是未来能源传输的重要方向之一。
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磁场与电流的关系
总结词
磁场与电流之间存在相互作用,变化的磁场可以产生 电场,而变化的电场也可以产生磁场。
详细描述
磁场与电流之间的相互作用是电磁场理论的核心内容之 一。根据法拉第电磁感应定律,变化的磁场可以产生电 场;而根据麦克斯韦方程组,变化的电场也可以产生磁 场。这种相互作用导致电磁波的传播,形成了我们现在 所知的电磁波谱。在恒定电流的磁场中,虽然磁场不随 时间变化,但电流在空间中的分布可以是不均匀的,因 此磁场与电流之间仍然存在相互作用。这种相互作用表 现为电流在磁场中受到洛伦兹力,使得电荷在空间中移 动形成电流。
洛伦兹力
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作 用力,其大小与电荷的电量、速
度以及磁场强度有关。
洛伦兹力的方向与电荷运动方向 和磁场方向有关,遵循右手定则。
洛伦兹力在粒子加速器、回旋加 速器等领域有广泛应用,是研究
带电粒子运动规律的基础。
磁场中的运动电荷
1
在磁场中运动的电荷会受到洛伦兹力的作用,这 个力会使电荷发生偏转,改变其运动轨迹。
磁场的描述
磁感应线
用磁感应线描述磁场,磁感应线的疏密程度表示磁场强度的 大小。
磁感应强度
描述磁场强弱的物理量,其方向与磁场中某点的磁感应线垂 直。
磁场的应用
电磁感应
当导体在磁场中运动时,会产生电动 势,进而产生电流。这一现象在发电 机、变压器等设备中有广泛应用。

大学物理第十一章习题解答..

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第十一章:恒定电流的磁场习题解答1.题号:40941001分值:10分如下图所示,是一段通有电流I 的圆弧形导线,它的半径为R ,对圆心的张角为θ。

求该圆弧形电流所激发的在圆心O 处的磁感强度。

解答及评分标准:在圆弧形电流中取一电流元l Id (1分),则该电流元l Id 在圆心处的磁感强度为: θπμπμd R I RIdl dB 490sin 40020==(2分) 其中θRd dl =则整段电流在圆心处的磁感强度为:θπμθπμθR I d R I dB B 44000===⎰⎰(2分)2.题号:40941002分值:10分一无限长的载流导线中部被弯成圆弧形,如图所示,圆弧形半径为cm R 3=,导线中的电流为A I 2=。

求圆弧形中心O 点的磁感应强度。

解答及评分标准:两根半无限长直电流在O 点的磁感应强度方向同为垂直图面向外,大小相等,以垂直图面向里为正向,叠加后得RI R I B πμπμ242001-=•-= (3分) 圆弧形导线在O 点产生的磁感应强度方向垂直图面向里,大小为R I R I B 83432002μμ==(3分) 二者叠加后得 T RI R I B B B 500121081.1283-⨯=-=+=πμμ (3分) 方向垂直图面向里。

(1分)3.题号:40941003分值:10分难度系数等级:1一段导线先弯成图(a )所示形状,然后将同样长的导线再弯成图(b )所示形状。

在导线通以电流I 后,求两个图形中P 点的磁感应强度之比。

(a ) (b )解答及评分标准:图中(a )可分解为5段电流。

处于同一直线的两段电流对P 点的磁感应强度为零,其他三段在P 点的磁感应强度方向相同。

长为l 的两段在P 点的磁感应强度为 lI B πμ4201= (2分) 长为2l 的一段在P 点的磁感应强度为 l I B πμ4202=(2分) 所以lI B B B πμ22012=+= (2分) 图(b )中可分解为3段电流。

物理学教程-第十一章 恒定磁场

物理学教程-第十一章 恒定磁场
Shanghai Institute of Technology
Chapter 11
恒定磁场
上海应用技术学院
理学院
谭默言
§11-1、§11-2 、 §11-3 教学基本要求
了解电流、电流密度的基本概念;
了解电源作用和电源电动势的定义;
掌握磁场及磁感强度的概念及特点。
·2 ·
§ 11-1 恒定电流
8 2
d 1、5 点 : B 0
3、7点 :dB +3
+
7
Idl
R
6
0 Idl
4π R
2
2、4、6、8 点 :
+4
5
dB
0 Idl
4π R
sin 45 0 2
·13 ·

毕奥---萨伐尔定律应用举例
解 dB
例1 载流长直导线的磁场.
0 Idz sin
4π r
2
z
0 I B1 dl1 B2 dl2 d 2π
d
B1
B1 dl1 B2 dl2 0
B d l 0
l
I
B2 dl 2 dl
1
r1
r2
l
·31 ·
证明:
多电流情况
B B1 B2 B3 I 1 B d l ( B1 B2 B3 ) d l l l B1 d l B2 d l B3 d l
dB
P *
r

Idl
I
0 I dl er B dB 4 π r2

大学普通物理学习题答案-第十一章-恒定电流与恒定磁场

大学普通物理学习题答案-第十一章-恒定电流与恒定磁场

第十一章恒定电流与恒定磁场一、选择题1.如图11-1所示,有两根载有相同电流的无限长直导线,分别通过x1=1m、x2=3m的点,且平行于y轴,则磁感应强度B等于零的地方是()。

A.x=2m的直线上B.在x>2m的区域C.在x<1m的区域D.不在x、y平面上图11-11.【答案】A。

解析:根据对称性可得,两条载流导线在x=2m的直线上产生的磁感应强度大小相等;用右手螺旋定则可判断两磁感应强度的方向相反,相互抵消,合磁感应强度为零,故选A。

2.图11-2中6根无限长导线互相绝缘,通过电流均为I,区域Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ均为全等的正方形,哪一个区域指向纸内的磁通量最大()。

A. Ⅰ区域B. Ⅰ区域C. Ⅰ区域D. Ⅰ区域2.【答案】B。

解析:通过Ⅰ区域的磁通量为0,通过Ⅰ区城的磁通量最大且指向纸内,通过Ⅰ区域的磁通量最大但指向纸外,通过IV区域的磁通量为0。

故选B。

3.如图11-3所示,在一圆形电流I所在的平面内,选取一个同心圆形闭合回路L,则由安培环路定理可知()。

A.d 0LB l ⋅=⎰,且环路上任意一点B =0 B.d 0LB l ⋅=⎰,且环路上任意一点B ≠0 C.d 0LB l ⋅≠⎰,且环路上任意一点B ≠0 D.d 0LB l ⋅≠⎰,且环路上任意一点B =常量3.【答案】B 。

解析:根据安培环路定理,闭合回路内没有电流穿过,所以环路积分等于0.但是由于圆形电流的存在,环路上任意一点的磁感应强度都不等于0。

故选B 。

4.无限长直圆柱体,半径为R ,沿轴向均匀流有电流,设圆柱体内(r <R )的磁感应强度为B i ,圆柱体外(r>R )的磁感应强度为B e ,则有:()。

A.B i 、B e 均与r 成正比B.B i 、B e 均与r 成反比C.B i 与r 成反比,B e 与r 成正比D.B i 与r 成正比,B e 与r 成反比4.【答案】B 。

解析:导体横截面上的电流密度2πR I J =,以圆柱体轴线为圆心,半径为r 的同心圆作为安培环路,当r <R ,20ππ2r J r B i ⋅=⋅μ,20π2R IrB i μ=;当r <R ,I r B e ⋅=⋅0π2μ,rIB e π20μ=;所以选D 。

大学物理电磁学 第11章 恒定磁场

大学物理电磁学 第11章 恒定磁场

四、毕-萨定律的应用
dB
0 4
Idl r r2
方法:
(1)将电流分解为无数个电流元
(2)由电流元求dB (据毕—萨定律)
(3)对dB积分求B = dB 矢量积分须化作分量积分去做
Bx dBx , By dBy , Bz dBz
例题1 直线电流在P点的磁场
2
解:
任取电流元 I dl
所有磁现象可归纳为:
运动电荷
运动电荷
载流导体
磁场
载流导体
磁体
磁体
磁场的宏观性质:对运动电荷(或电流)有力的 作用,磁场有能量
二、磁感应强度
B 1、磁场的描述:磁感应强度
方向: 磁针静止时,N极指向即B的正方向
S
N
2、B的大小:
以磁场对载流导线的作用为例
电流元所受到的磁场力
dF Idl sin
l
r
B
3)说明磁场为非保守场称为涡旋场
静电场是保守场、无旋场
二、简证(用特例说明安培环路定理的正确性)
(1)闭合路径L环绕电流
L在垂直于导线的平面内
B 0I 2 r
L
I d
o
B
r
dl
磁感线
(2)闭合路径L不包围电流
B dl1 dl2 L
P
·
I
d
o
dl2
dl1
L2
L1
磁感线
·
Q
三、运用安培环路定理求磁场 安培环路定理适用于任何形状恒定电流的载流体

Idl r
B
dB
0 4
Idl r r2
B
dB
0 4
Idl r r2

第11章 恒定电流的磁场

第11章 恒定电流的磁场

第十一章 恒定电流的磁场11.1 选择题(1) 有两条长直导线各载有5A 的电流, 分别沿x 、y 轴正向流动. 在(40, 20, 0)(cm)处的B 是(真空磁导率μ0 = 4π × 10-7N/A 2) [C] (A) 2.5×10-6 T 且沿z 轴负向 (B) 3.5×10-6 T 且沿z 轴负向 (C) 2.5×10-6 T 且沿z 轴正向 (D) 3.5×10-6 T 且沿z 轴正向k y I B πμ2101=,k xI B πμ2202-=k T k x y I k x I k y I B B B 6020*******.211222-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=+=πμπμπμ (2) 半径为1a 的圆形载流线圈与边长为2a 的方形载流线圈, 通有相同的电流, 若两线圈中心1O 和2O 的磁感应强度大小相同, 则半径与边长之比21:a a 为[D] (A) 1:1 (B) π212:1 (C) π212:4 (D) π212:81012a IB μ=;()2102cos cos 44θθπμ-⨯=a IB 20202243cos 4cos 2144a I a I πμπππμ=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯= 21B B =,2010222a I a Iπμμ=, 8221π=a a(3) 无限长空心圆柱导体的内、外半径分别为a 和b , 电流在导体截面上均匀分布, 则在空间各处B 的大小与场点到圆柱中心轴线的距离r 的关系, 定性地分析如图[B](A) (B) (C) (D)解析:∑⎰=⋅内0i LI l d B μ(4) 氢原子处于基态(正常状态)时, 它的电子(e = 1.6×10-19C)可看做是在半径为a = 0.53 × 10-8cm 的轨道做匀速圆周运动, 速率为2.2 × 108cm/s, 那么在轨道中心B 的大小为(真空磁导率μ0 = 4π×10-7N/A 2)[B] (A)8.5×10-8T (B)13T (C)8.5×10-4TRIB 20μ=,a R =,T e I =,v aT π2=,可得204aev B πμ=, 数据带入即可.(6) 载流i 的方形线框, 处在匀强磁场B 中, 如图所示, 线框受到的磁力矩是 (A) 向上 (B) 向下 (C) 由纸面向外 (D) 由纸面向内B p M m ⨯=;n IS p m =m p 的方向与n 的方向相同, n的方向是载流线圈的正法线方向(由右手螺旋法则确定), 正法线方向垂直向外, 磁场的方向水平向右, 那么磁力矩M的方向竖直向上.iB题11.1(6)图a eO题11.1(4)图11.2 填空题(1) 一平面内有互相垂直的导线L 1和L 2, L 1为无限长直导线, L 2为长为2a 的载流直导线, 位置如图所示. 若L 1和L 2同时通以电流I ,那么作用在L 2上的力对于O 点的磁力矩为 .()13ln 220-πμaI建立如图坐标系, 距直导线L 1为x 远处取电流元l Id, 其在产生的磁场中受到的安培力为d d F I l B =⨯,方向向上.2300=d d ln 322aaI I F F I x x xμμππ==⎰⎰ 该力对O 点的磁力矩为d d M r F =⨯()2004d d 4d 1d 22I I a M rIB x a x I x x x x μμππ⎛⎫==-=-⎪⎝⎭2304=d 1d 2a aI a M M x x μπ⎛⎫=-⎪⎝⎭⎰⎰()()222330004=d d 2ln 32ln 312a a a a I II a a x x a a x μμμπππ⎛⎫-=-=- ⎪⎝⎭⎰⎰(2) 矩形截面的螺绕环尺寸见图, 则在截面中点处的磁感应强度为 ; 通过截面S 的磁通量为 .rNI πμ20;210ln 2D D NIh πμ L 2 L 1a2aaI I O题11.2(1)图沿以环心为圆心, 以r 为半径的圆周为积分路径, 应用安培环路定理 NI r B l d B L02μπ=⋅=⋅⎰ ; rNIB πμ20=; 对于截面中点处, ()1214r D D =+通过截面S 的磁通量为⎰⎰⋅=ΦS m S B ⎰⎰⎰⋅==2200121212D D S hdr rNI dS r NIπμπμ2100ln 2ln 212D D NIh r NIh DD πμπμ== (3)每单位长度的质量为0.009kg/m 的导线, 取东西走向放置在赤道的正上方, 如图. 在导线所在的地点的地磁是水平朝北, 大小为5310T -⨯, 问要使磁力正好支撑导线的重量, 导线中的电流应为 .2940A(5)0d LB l I μ⋅=∑⎰内; ∑⎰=⋅insi LI l d H;NI l d H L=⋅⎰; A I 3=;11.4 将一无限长直导线弯成图示的形状, 其上载有电流I , 计算圆心O 点处B 的大小.解:可分为三部分电流, 两侧的半无限长直导线和中间的圆弧, 在O 点产生的磁感应强度均为垂直向里.半无限长导线, 由P53已知结果可知()210cos cos 4θθπμ-=aIB 左侧:3cosπr a =, 01=θ, 62πθ=右侧:3cos πr a =, 651πθ=,πθ=2 圆弧部分导线, 由P54已知结果可知R I B πϕμ40=, 式中r R =, 32πϕ=以上三部分求和, 可得总磁感应强度r Ir I B 623100μπμ+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=, 垂直向里.11.9电缆由导体圆柱和一同轴的导体圆筒构成, 使用时电流I 从导体流出, 从另一导体流回, 电流均匀分布在横截面上, 如图所示. 设圆柱体的半径为r 1, 圆筒的内、外半径分别为r 2和r 3, 若场点到轴线的距离为r , 求r 从0→∞范围内各处磁感应强度的大小.解:0d 2LB l rB I πμ⋅==∑⎰内当1r r <时, 2021d 2r B l rB I r ππμπ⋅==⎰,2102r Ir B πμ=当21r r r <<时,0d 2B l rB I πμ⋅==⎰, 02I B rμπ=当32r r r <<时, ()()22202232d 21r r B l rB I r r ππμπ⎡⎤-⎢⎥⋅==--⎢⎥⎣⎦⎰,()()222322302r r r r r I B --=πμ当3r r >时,d 0B l I I ⋅=-=⎰, 0=B11.10如图所示, 一根半无限长的圆柱形导体, 半径为R 1, 其内有一半径为R 2的无限长圆柱形空腔, 它们的轴线相互平行, 距离为a (R 2 < a < R 1-R 2), I 沿导体轴线方向流动, 且均匀地分布在横截面积上. 求: (1) 圆柱体轴线上B 的大小; (2) 空腔部分轴线上B 的大小;(3) 设R 1 = 10mm, R 2 = 0.5mm, a = 5.0mm, I = 20A, 分别计算上述两处B 的大小.()()2122212122211R R R I R R R I I -=-=ππ,()()2222212222212R R R I R R R I I -=-=ππ 21R R o B B B +=()222122022R R a IR B B R o -==πμT 6102-⨯=21o o o B B B '''+=()2221012R R a IaB o -='πμT 4102-⨯=11.13如图所示, 一半径为R 的无限长半圆柱面导体, 其上电流与其轴线上一无限长直导线的电流等值、反向, 电流I 在半圆柱面上均匀分布. 求: (1) 轴线上导线单位长度所受的力;(2) 若将另一无限长直导线(通有方向与半圆柱面相同的电流I )代替圆柱面, 产生同样的作用力, 该导线放在何处?题11.13图(1)R Ii π=, 0000d d d d d 2222I i l iR i B R R R μμμθμθππππ====,0d d cos 22x i B μθπθπ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ 00d =d cos 22x x i B B πμθπθπ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎰⎰()000020cos 222i i i I R πμμμμθππππ=-=== 0d d sin 22y i B μθπθπ⎛⎫=- ⎪⎝⎭,00d =d sin 22y y i B B πμθπθπ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎰⎰, 0=y B (由对成性可知)22yx B B B +=R I 20πμ=,BIl F =RI220πμ=(j R I F 220πμ=亦可)(2)dI R I πμπμ220220=; 2R d π=; 2R y π-=11.14载有电流I 1的长直导线, 旁边有一个正三角形线圈, 边长为a , 电流为I 2, 它们共面, 如图所示. 三角形一边与长直导线平行, 三角形中心O 到直导线的距离为b, 求I 1对该三角形的作用力.解:AB 段:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=a b I B 632101πμ, ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==a b aI I a B I F 632210121πμ, 方向沿x 负向;BC 段:选择电流元dl xI I dl B I dF πμ2210222==;6cos πdxdl =I 1I 1⎰⎰+-==3333210226cos2b b x dx I I dF F ππμ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=323ln 3210a b a b II πμ ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==323ln 323cos 21022a b a b I I F F x πμπ; ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+==323ln 23sin 21022a b a b I I F F y πμπ 同理可得AC 段受力⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=323ln 32103a b a b I I F πμ ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+==323ln 323cos 21033ab a b I I F F x πμπ; ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+==323ln 23sin 21033a b a b I I F F y πμπ y y F F 23=, 方向相反, 抵消.合力, 方向沿x 正向,x x F F F F 321++-=11.18盘面与均匀磁场B 成φ角的带正电圆盘, 半径为R, 电荷量Q 均匀分布在表面上. 圆盘已角速度ω绕通过盘心, 与盘面垂直的轴转动. 求此带电旋转圆盘在磁场中所受的磁力矩.解:dS dq σ=()rdr πσ2=, 由于圆盘以ω旋转, 故圆环中电流T dq dI =πω2dq =rdr σω=, 式中2RQ πσ= dr r dIS dp m 3σπω==⎰⎰==R m m dr r dp p 03σπω2244141QR R ωσπω==⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ϕπ2sin B p M m ϕωcos 412B QR =方向满足B p M m⨯=11.25螺绕环平均周长l =10cm, 环上线圈N=200, 线圈中电流I =100mA. 试求: (1)管内B 和H 的大小;(2)若管内充满相对磁导率μr =4200的磁介质, 管内B 的大小. 解:(1)∑⎰=⋅0I l d H; 02NI r H =πrNI H π20=, 000nI B μ=, 可知H =200A/m, B 0=2.5×10-4T (2)H H B r μμμ0==, 可知B =1.05T常见载流体的磁感应强度无限长载流直导线外距离导线r 处,0=2IB rμπ,圆电流轴上距离圆心x 处,()203222=2R INB xRμ+ (N 是线圈匝数)无限长密绕直螺线管内部,0=B nI μ (n 是单位长度上的线圈匝数)圆电流圆心处,0=2IB Rμ无限大均匀载流平面外,01=2B i μ(i 是流过单位长度的电流)一段载流圆弧导线在圆心处,0=4I B Rμϕ(φ以弧度为单位)OIBI11 / 11安徽信息工程学院 大学物理(2) 韩玉龙 0B =;00=224I I B R R μμππ=⋅;000121211+=+444I I I B R R R R μμμ⎛⎫= ⎪⎝⎭;002=228I I B R R μμππ=⋅OI。

大学物理 恒定磁场

大学物理 恒定磁场

11-1 恒定电流电流密度磁现象:我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之一,早在公元前300年久发现了磁铁矿石吸引铁的现象。

在11世纪,我国已制造出航海用的指南。

在1820年之前,人们对磁现象的研究仅局限于铁磁极间的相吸和排斥,而对磁与电两种现象的研究彼此独立,毫无关联。

1820年7月丹麦物理学家奥斯特发表了《电流对磁针作用的实验》,公布了他观察到的电流对磁针的作用,从此开创了磁电统一的新时代。

奥斯特的发现立即引起了法国数学家和物理学家安培的注意,他在短短的几个星期内对电流的磁效应作出了系列研究,发现不仅电流对磁针有作用,而且两个电流之间彼此也有作用,如图所示;位于磁铁附近的载流线圈也会受到力或力矩的作用而运动。

此外,他还发现若用铜线制成一个线圈,通电时其行为类似于一块磁铁。

这使他得出这样一个结论:天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。

每个磁性物质分子内部,都自然地包含一环形电流,称为分子电流,每个分子电流相当于一个极小的磁体,称为分子磁矩。

一般物体未被磁化时,单个分子磁矩取向杂乱无章,因而对外不显磁性;而在磁性物体内部,分子磁矩的取向至少未被完全抵消,因而导致磁铁之间有“磁力”相互作用。

1820年是人们对电磁现象的研究取得重大成果的一年。

人们发现,电荷的运动是一切磁现象的根源。

一方面,运动电荷在其周围空间激发磁场;另一方面,运动电荷在空间除受电场力作用之外,还受磁场力作用。

电磁现象是一个统一的整体,电学和磁学不再是两个分立的学科。

11-1 恒定电流电流密度如前所述,电荷的运动是一切磁现象的根源。

电荷的定向运动形成电流,称为传导电流;若电荷或宏观带电物体在空间作机械运动,形成的电流称为运流电流。

常见的电流是沿着一根导线流动的电流,其强弱用电流强度来描述,它等于单位时间通过某一截面的电量,方向与正电荷流动的方向相同,其数学表达式为dtdq I ,虽然我们规定了电流强度的方向,但电流强度I 是标量而不是矢量,因为电流的叠加服从代数加减法则,而不服从矢量叠加的平行四边形法则。

第十一章恒定电流的磁场作业磁介质磁介质中的安培环路定理小结

第十一章恒定电流的磁场作业磁介质磁介质中的安培环路定理小结

作业11.1、11.211.4、11.8、11.9、11.15、11.1787磁介质90顺磁质B B >(铝、氧、锰等)弱磁质B B >>铁磁质(铁、钴、镍等)强磁性物质B B <抗磁质(铜、铋、氢等)弱磁质抗磁质顺磁质SI SI B L宏观上构成沿介质表面的等效环形电流, 称为表面束缚电流或磁化电流。

B AI 0I cbad.l113五、磁场对载流导线和运动电荷的作用(1)磁场对载流导线的作用力—安培力微分形式积分形式B l I F ⨯=d d Bl I F l⨯=⎰d 其中,是载流导线上的电流元,是所在处的磁感应强度。

l Id l I d B(2)均匀磁场对平面载流线圈的作用合力=∑F 磁力矩B p M m ⨯=式中,是载流线圈的磁矩,,其中N 是线圈匝数,I 是线圈中的电流,S 是线圈的面积,且S 的方向与电流环绕方向满足右螺旋法则。

m p S NI p m=114(3)磁力的功⎰=m1m2m d ΦΦΦI A mm1m2)(ΦI ΦΦI ∆=-=磁力的功等于电流强度I 乘以通过回路磁通量的增量∆Φm 。

(4)磁场对运动电荷的作用Bq F⨯=v 洛仑兹力:116六、磁介质(1)磁介质的分类抗磁质1<r μ顺磁质1>r μ铁磁质1>>r μ(2)磁介质的磁化在外磁场中固有磁矩沿外磁场的取向或感应磁矩的产生使磁介质的表面(或内部)出现束缚电流。

第11 章 恒定电流的磁场

第11 章 恒定电流的磁场

第11章 恒定电流的磁场习 题6.1 一条很长的直输电线,载有100A 的电流,在离它0.5m 远的地方,它产生的磁感强度B 有多大?6.2四条平行的载流无限长直导线,垂直地通过一边长为a 的正方形顶点,每根导线中的电流都是I ,方向如附图所示。

(1)求正方形中心的磁感应强度B ; (2)当a =20cm ,I =20A 时,B =?6.3 求图中P 点的磁感应强度B 的大小和方向。

6.4 高压输电线在地面上空25m 处,通过电流为1.8×103A ,求: (1)在地面上由这电流所产生的磁感应强度多大?(2)在上述地区,地磁场为0.6×10-4T,问输电线产生的磁场与地磁场相比如何?6.5 在闪电中电流可高达2×104A ,问距闪电电流1.0m 处的磁感应强度多大?把闪电电流视作长直电流。

6.6 一个塑料圆盘,半径为R ,表面均匀分布电量q 。

试证明:当它绕通过盘心而垂直于盘面的轴以角速度ω转动时,(1)盘心处的磁感应强度为:B =R qπωµ20;(2)圆盘的磁矩为:241R q P m ω=6.7 10A 的电流均匀地流过一根长直铜导线。

在导线内部作一平面S ,一边为轴线,另一边在导线外壁上,长度为1m ,如题6.7图所示。

试计算通过此平面的磁通量(铜材料本身对磁场分布无影响)。

6.8 氢原子处在正常状态(基态)时,它的电子可看作是在半径为a =0.53×10-8cm 的轨道(叫做玻尔轨道)上做匀速圆周运动,速率为v =2.2×108cm/s ,已知电子电荷的大小为e =1.6×10-19C ,求电子的这种运动在轨道中心产生的磁感强度B 的值。

6.9 边长为a 的正方形的两个角上固定有两个电量皆为q (q >0)的点电荷,以该正方形不带电荷的一边为轴,使正方形以角速度ω快速旋转,试求与作为轴的正方形边的中点O 相距x 处的平均磁感应强度,并说明轴线上O 处附近磁场分布的特点。

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4
三、电流与电流密度
电流密度的大小等于在单位时间内,通过导体某点 附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷。 dI dq dS E dS cos dt dS cos dS

dI dS cos dS
的方向为该点场强的方
向,即正电荷运动的方向
I S dS
x

dB
dB
o

dB//
x
P
Idl
r R2 x 2
P
B
0 IR 0 I R 2 R 2 R B dl 3 3 0 2 2 4 ( R x ) 2 4 r
x
B
0
IR
2 3 2
18
2 ( R2 x2 )
I
R
o
x *
B
x
B
0 IR
2
2 2 3
( 2 R x )2

11-2 恒定磁场
磁感应强度
一、磁性起源于电荷的运动 1、磁铁的磁性(magnetism) 磁性:能吸引铁、钴、镍等物质的性质。 磁极(pole): 磁性最强的区域,分磁北极N和磁南极S。 S N 两极不可分割,“磁单极”不存在。 磁力(magnetic force): 磁极间存在相互作用, 同号相斥,异号相吸。
[1
R3 (R x )
2 2 3 2
5 ] 4.06 10 T
21
例题2 一根无限长导线通有电流I,中部弯成圆弧 形,如图所示。求圆心o点的磁感应强度B。 解:直线段ab在o点 I b I a c d 产生的磁场
B1

(cos 0 cos 30 ) 0 4 R sin 30
0 I dl sin dB 4 r2
为Idl 与 r 之间的夹角
0 4 10 7 N/A 2 真空中的磁导率
dB的方向垂直于dl与r决定的平面,指向由右手 螺旋法则决定。 15
dB
dB
I
P
r
Id l
0 I dl er dB 4 r2
B B1 B2 B3 0 I (1 3 ) 0 I R 2 6R
22
例题3 在一个半径为R的无限长半圆筒形金属片中,沿 轴向均匀通有电流I,求半圆筒轴线上的磁感应强度。 I 解: dI dl R R 0 I 0dI 2 2 dl dB I 2 R 2 R
1 2
R
O1
O2
B1
0 NI
2 R
B2
0 NI R 2
2( R x )
2 2 3 2
x
(1) 电流方向相同:
B B1 B2
0 NI
2R
[1
R3 (R x )
2 2 3 2
5 ] 8.5110 T
(2) 电流方向相反:
B B1 B2
0 NI
2R
11
描述磁场大小和方向的物理量—磁感应强度B 带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关
y
实验表明:
v
o
F 0
+* P
v
x
z
1、带电粒子在磁场中某 点 P 沿某一特定方向(或 其反方向)运动时不受力, 且此特定方向与小磁针指 向一致。
2、带电粒子在磁场中沿其他方向运动时,其受力 垂直于 v 与该特定方向所组成的平面。 3、当带电粒子在磁场中垂直于此特定方向运动时 受力最大,且这个最大的磁场力正比于电荷的电量q 和速度v 。 12
说明
Δq dq I lim Δt 0 Δt dt
1、单位:安培(A)
1A 103 mA 106 A
2、电流是标量,我们常说的电流的方向是指正电荷 的流向。
二、 恒定电流与恒定电场 1、 恒定电流 —导体中电流不随时间变化
dq I 常量 dt
2、恒定电场 —维持恒定电流所需的电场 其分布不随时间变化。
S
三、真空中恒定磁场的高斯定理
S B dS 0
29
11-5 真空中恒定磁场的安培环路定理 一、恒定磁场的安培环路定理 E dl 0 静电场中: l 在真空的恒定磁场中,磁感 强度沿任意闭合路径的线积分 B dl 0 磁场中: ? l ( 即B的环流 ) 等于以该闭合路 径所包围的各电流强度代数和 的 0倍。 dl lB dl 0 I B 规定:当穿过环路的电流方向与环路的绕行方向 服从右手螺旋定则时,电流为正,反之为负。 I1 I2 I3 I I1 2 I 2
Fmax
q
F qv B
2、单位:特斯拉 (T)
v
+
B
1T=1N· s/C· m=1N/A· m
14
11-3 毕奥–萨伐尔定律 一、毕奥–萨伐尔定律 静电场: 取 dq 磁 场:取 Idl
?
dE dB
E dE B dB
载流导线上的电流元 Idl,在距它r 处的P点的磁感 强度的大小为:
5
五、电源 电动势
电源
把其它形式的能量转换为电能的装置。
6
静电力作功
非静电力
A
q
F F
B
A B
正 非静电 负 极 力作功 极
在电源中非静电力作功,把其它形式的能量转变 为电能。 如何度量电源这种本领? 电动势 —– 单位正电荷经电源内部 从负极移到正极的过程中, 非静电力所作的功。
WK q
2
B 3 讨 1)若线圈有N 匝 2 2 2 ( 2 R x ) 论 2)x < 0,B的方向不变( I 和B成右螺旋关系)
2R 一段圆弧在圆心处产生的磁场
0 I B0 2 R 2 4R
3) x = 0 时 ,
N 0 IR
B0
0 I
→ 圆心处磁感强度
I
0 I
三、匀速运动电荷的磁场
0 I dl er dB 4 r2
S
v
我们把Idl中的电流当作电荷量 为q的正电荷作定向运动形成的。 dl 设S为电流元截面积,v 为定向运动的速度,电流 元每单位体积的运动电荷数为n,则单位时间内通 过电流元一截面的电荷量为 dN I nqvS
I
0 (qn vS ) dl er 0 qnSdl v er dB 2 2 4 r 4 r dB 0 q v er B 2 dN 4 r
7
电场力的功:
W qE dl
l
从场的观点: 非静电力对应非静电场 用 Ek 表示非静电电场强度,则非静电力的功为:
Wk q Ek dl
电动势:




Ek dl


+ –
注 (1) 反映电源作功能力,与外电路无关。 意 (2) 电动势是一个标量,通常把电源内部电势升 高的方向,即从负极经电源内部到正极的方向,规定 为电动势的方向。 (3) 如果一个闭合电路上处 Ek dl 8 处都有非静电力存在

o
19
4)x >> R 时,
圆电流
2 3 2
磁偶极子
B
0 IR2
( 2 R x)
2
B
0 IR
2x
3
2


π

0 IR
2π x 3
2
B
磁矩
0 IS
3
2π x
B
0 Pm
2 π x3
I
P m
P m ISen P m NISen
如电流回路有N匝,则 说明:只有当圆形电流的面积 S 很小,或场点距圆电流很远时, 才能把圆电流叫做磁偶极子
地球是一个巨大的永磁体
9
问题:磁现象产生的原因是什么? 2、电流的磁效应 1820年奥斯特实验表明:电流对磁极有力的作用。
磁铁对电流有作用
电流间有相互作用
10
二、磁场
磁感应强度B
磁体
磁体

电流
磁场
电流
安培假说:一切磁现象的根源是电荷运动(电流)。
运动电荷(电流)
产 生 作 用
磁场
磁场的性质: (1) 对运动电荷(或电流) 有力的作用; (2) 磁场有能量。
由对称性有:By dB y 0 B Bx dBx dB cos( ) 2 0 Id dB dl Rd 2 2 R
0 I 0 I B sin d 2 2 0 2 R R
dI y
dl
dB
O
dl

x
23
dB
第 十一 章
恒定电流与真空中 的恒 定 磁 场
1
静止的电荷
运动的电荷
恒定电流
静电场 静电荷
电场
磁场
恒定磁场
运动电荷 或电流
学习方法:类比法
2
11-1 恒定电流和恒定电场
电动势
一、电流形成的条件 由带电粒子定向运动形 成的电流叫传导电流。 1、导体中形成电流的条件: (1) 有可以移动的电荷。 (2) 有维持电荷作定向移 动的电场。 S 2、电流的定义 + + 单位时间通过导体任一截面的电 + + 荷量称为通过该截面的电流强度, + + 简称电流。 q Δq dq 若电流随时 I I lim Δ t 0 间而变化 Δt dt t
13
F Fmax F
Fmax qv
在磁场中给定点,比值Fmax ⁄ qv与运动电荷无关。 磁感强度 B的定义: 若带电粒子在磁场中某点向某方向运动不受力,且 该方向与小磁针在该点指向一致,此特定方向定义为 该点的 B 的方向。 磁感强度的大小 说明 1、运动电荷在磁场中受力
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