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1、2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )1Review Section2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )2电源作用：提供非静电力 ，将 q 由负极移向正极，保持极板间电势差， 以形成持续的电流.kFreFreFr+RKkFreFr能够形成持续电流电源电动势 (稳恒电场的能量来源)外电路：内电路：+ 0dlFerreFr+=lFALkr非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )3+规定指向：+=（经内电路）lElEkLkrrrrdd定义： 电源电动势+=（经内电路）lEkrrd+=（经外电路）lEUerrd电源路端电压
2、电源电动势比较2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )4。r,Rc。abdbbaaUU El = rrIR= + Ir=bccalElErrrrdd一段含源电路的欧姆定律I闭合电路的欧姆定律:0=+iiiiiirIRI 2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )5简单电路直流电源与电阻连接构成的闭合电路叫 直流电路直流电路有两类： (1) 串联 ：等流、分压(2) 并联 ：等压、分流2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )6基尔霍夫定律 (复杂电路)第一方程组（节点电流定律)通过每一个节点的电流的代数和为零()0()0iSijds I= =vvnull电流恒定条件第
3、二方程组（回路电压定律）对于每一个回路，各电源和电阻上电势降落的代数和为零0()()0jiijiEdl IR= + =vvnull恒定电场环路定理2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )7应用基尔霍夫定律解题时注意：1) 先假设每条支路电流的方向并标出。最后解得结果为正，则表明电流方向与所设一致；结果为负，则反之。2) 列出 独立 的节点电流方程。3) 对每一个 独立 的闭合回路，先规定回路的绕行方向，然后列出回路电压方程。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )8第二章 磁场(Magnetic Field) 2.1 基本磁现象电流的磁效应安培司南勺2008年 3月 11日
4、星期二 大学物理 (下 )92008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )10 2.1.1 基本磁现象历史( History)最早发现磁现象：磁石吸引铁屑中国公元前约六世纪春秋战国时期磁石(磁铁)中国古代东汉时期王充 “司南 ”指南中国十一世纪指南针Magnetism Term comes from the ancient Greek city of Magnesia, at which many natural magnets were found. Anatural magnetic material Fe3O4. 2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )111.早期阶段（磁
5、铁 磁铁）天然磁铁（吸铁石）能吸引铁、镍、钴等物质。条形磁铁的两端称作 磁极 ，中部称作 中性区 ，将条形磁铁的中心支撑或悬挂起来使它能够在水平面内运动，则两极总是指向南北方向分别称作 S极 和 N极 。对基本磁现象的认识可以分成三个阶段：2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )12条形磁铁与地球磁场之间以及条形磁铁之间的相互作用说明 同号磁极相互排斥，异号磁极相互吸引 。进一步分析发现，将一磁铁可以一直细分成很小很小的磁铁，而每一个小磁铁都具有N、S极。自然界中有独立存在的正电荷或负电荷，但迄今却未发现独立的N、S极。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )13The E
6、arths magnetic field2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )14极光自然磁现象Basically, we knew the phenomenon existed andwe learned useful applications for it. We did not understand it.2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )15范阿仑辐射带 Van Allen belts地轴宇宙射线的带电粒子被地磁场捕获，绕地磁感应线作螺旋线运动，在近两极处地磁场增强，作螺旋运动的粒子被折回，结果沿磁力线来回振荡形成范阿仑辐射带。因为它具有较高的能量，曾在人造
7、卫星的发射等空间科学中发现了它，并给予了必要的考虑。当太阳黑子活动引起空间磁场的变化，使粒子在两极处的磁力线引导下，在两极附近进入大气层，能引起美妙的北极光。运动的电荷 ？磁现象与电现象有没有联系？静电场静止的电荷基本磁现象2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )17奥斯特实验奥斯特实验 (1820.7) 小磁针在通电导线周围受磁力作用发生偏转I磁性起源于电荷的运动电流的磁效应 电流 磁铁，电流 电流首次揭示了电与磁之间的联系！H.C.Oersted丹麦物理学家丹麦物理学家横场力2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )18（ b）两平行载流导线间有相互作用力（b）两平行载流
8、导线间有相互作用力两平行载流导线间有相互作用力（ a）载流导线受磁力作用而运动（a）载流导线受磁力作用而运动载流导线受磁力作用而运动安培实验（安培实验（1820年及以后）年及以后）1I2I1I2ISNIFv2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )19分子电流相当于一个基元磁铁，物质的磁性取决于内部分子电流对外界磁效应的总和。说明了两种磁极不能单独存在的原因。安培分子电流假说（安培分子电流假说（1826）一切磁现象的根源是电荷的运动。物质 磁性的本质 是在磁性物质分子中，由于电子绕原子核的旋转和 电子本身的自转， 存在着分子电流 。一切磁现象的根源是电荷的运动。物质 磁性的本质 是在磁
9、性物质分子中，由于电子绕原子核的旋转和 电子本身的自转， 存在着分子电流 。当时人们并不了解原子的结构，因此不能解释物质内部的分子环流是如何形成的。现在大家都知道，原子是由带正电的原子核和绕核旋转的负电子组成。电子不仅能绕核旋转，而且具有自旋。在分子、原子等微观粒子内电子的这些运动形成了分子环流，这就是 物质磁性的基本来源的经典解释 。电现象与磁现象密切相关产生磁场的 “源 ”：1. 运动电荷2. 传导电流3. 永磁铁磁场由分子电流产生 (安培假设 )运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。一切磁现象都起源于电荷的运动。它们之间的相互作用力均为运动电荷之间的作用力。运动电荷既能产生磁效应，也
10、能受磁力的作用。 一切磁现象都起源于电荷的运动 。它们之间的相互作用力均为运动电荷之间的作用力。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )21 2.2 磁场磁场的高斯定理M. Faraday2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )22根据场论观点：（ 1）特殊媒介物质 磁场相互作用电流电流磁场电流 电流磁场激发 磁场力（ 2）磁场力（ 3）磁场是物质的一种特殊形态 . 它与电场不同 . 静止电荷既不产生磁场 , 也不受磁场作用 .磁场(4) 磁 场具有能量、动量、质量、角动量。 磁 场的重要特征：对处在 磁 场中的 运动 电荷有力的作用。电流或运动电荷之间相互作用的磁力是 通
11、过磁场 而作用的。故磁力称为 磁场力 。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )23运动电荷 ：正试验电荷 ，速度为 ，磁场对其施 于作用力 。0qvvmaxFvvvBvXZYO+0=FvBv maxFvvXZYO+磁感应强度磁感应强度B实验中发现实验中发现运动电荷在磁场中的受力规律 . 受到一种与速度有关的力，称为洛仑兹力：0q0q2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )24大小 ：定义 ： 磁感应强度BvvqFB0max=方向：极的指向）该点时的方向（或小磁针在NvFvvmaxFvvvBvBv maxFvvXZYO+(简单正比关系 )0q2008年 3月 11日星期二
12、大学物理 (下 )25（ 1）单位（ SI）：（ 2） 是空间位矢和时间的点函数：对稳恒磁场：( ) ( )1111= mANTT）特斯拉（( ) ( )高斯GsT4101 =BvBv( )trBB ,vvv=( )rBBvvv=Bv描述磁场的基本物理量是磁感应强度 。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )26方向 ： 规定磁场中任一磁感应线上某点的切线方向，代表 该点磁感应强度 的方向。Bv大小 ： 通过垂直于磁感应强度 的单位面积上的磁感应线根数等于该处 的量值。即磁感应线的疏密程度反 映了磁场的强弱。BvBvBv磁感应线（ 线）是为形象描绘磁场空间分布而人为描绘出的一系列曲线
13、族。磁感应线2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )27磁感 应 线III法拉第 (M.Faraday)首先引入。2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )28SNI圆电流螺线管电流 (密 )螺线管电流 (疏 )磁感应线的特点1) 磁场中每一条磁感应线都是闭合曲线，或两头伸向无穷远 。2) 磁感应线的环绕方向与电流方向之间服从 右手螺旋定则 。SNI2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )29BvSBm=S磁场中某点处垂直 矢量的单位面积上通过的磁感线数目等于该点 的数值 .BvBv 2.2.2 磁通量 磁场的高斯定理磁场是矢量场, 类似电通量可定义磁通量.均匀磁场
14、 ， 垂直平面B2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )30=dSdBm由规定得：通过面积元 dS的磁通量为= SBmddSSSSBrnrcosdSB=SBvvd=2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )31通过有限曲面 S 的磁通量为=SmmSdBdvv单位（ SI）：( )211 mTWbWb =）（）韦伯（dSn2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )32对于闭合曲面 S，规定：面元 的法线正方向由内指向曲面外侧，所以有。线穿入封闭曲面时，当；线穿出封闭曲面时，当0,20,20 mmBBvv由于磁感应线是无头无尾的闭合曲线，故总通量为零，即0=SSdBvv真
15、空中的磁场高斯定理（反映磁场是无源场重要性质的公式）反映磁场是无源场重要性质的公式）2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )33=sqSE0/d rr=SSB 0drr电荷线出自正电荷，收于负Er线无头无尾Br静电场为有源场！磁场与电场不同等的原因：自然界无磁单极磁场为无源场！静电场的高斯定理 磁场的高斯定理2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )34 2.3 磁场对电流的作用磁矩摘要 2.3.1 安培公式2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )35设导体单位体积有 n 个载流子，电量为 q ，设想一段电流元 ，截面积为 S ，则lIdvnSdlndVdN =Bvqfmvvv=( ) ( )BvnSqdlBvdNqFdvvvvv=安培定律安培定律整个电流元所受安培力为每个载流子所受洛伦兹力为dlISnq,2008年 3月 11日星期二 大学物理 (下 )36电流元所受的安培力为BlI
