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1、大学物理学大学物理学任课教师：郑 殊(大学物理教学研究中心) 联系电话：84706101-601办公地点：物理与光电工程学院401室E-mail: Date1关于本课程：关于本课程：1、讲课内容：第8章至第21章（10.6，20.2，21.1，21.4，21.5不讲）；2、期末考试占90%，平时成绩占10%；平时成绩以作业和几次阶段小测试为准； (综合楼405室购买作业，以自然班为单位，周二、周五晚上6:00- 8:00)3、课程答疑时间：每周一、二、四、五下午3:30-5:00，地点：综合楼302室；4、大学物理网页： Date2第八章第八章 恒定磁场恒定磁场 静止电荷在其周围产生静电场静电
2、场；运动电 荷即电流在其周围也会产生电场。当电流不 随时间变化时，这电场是稳恒电场稳恒电场。本章我们会讲到在运动电荷周围也会产生 磁场磁场。 运动电荷之间的相互作用是通过 电场和磁场传递的。Date3自然界的各种基本力可以互 相转化。究竟电是否以隐蔽 的方式对磁体有作用？17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！1731年 英国商人雷电后，刀叉带磁性！1751年富兰克林莱顿瓶放电 后，缝衣针 磁化了！1812年 奥斯忒一、磁力与磁现象8.1 8.1 磁场 磁感应强度磁场 磁感应强度Date41820年4月奥斯忒在哥本哈根大学讲学电与磁接通电源时，放在边上的磁针 II1820年7月21日，以拉
3、丁文 报导了60次实验的结果。在历史上第一次第一次揭示了电现象和磁现象的联 系，对电磁学的发展起着重要的作用。1、奥斯特实验（电流的磁效应）Date52. 两段平行放置的并两端固定的导线同向相吸异向相斥事实说明：运动电荷在其周围不仅会产生电场，也会产生磁 场。则在其间的运动电荷就会受到这两个场施于它的力。电流（运动电荷）电场 磁场电流（运动电荷）描述磁场性质的物理量用磁感应强度 来描述。 Date6静止电荷静止电荷运动电荷运动电荷3. 磁场只对运动电荷起作用静止电荷运动电荷相互作用电电电+磁磁场由运动电荷(或电流)产生;磁场对运动电荷(或电流)有力的作用;静止电荷电场运动电荷电场磁场粒 子 受
4、 力Date7二. 磁场 磁感应强度q0P一稳恒电流 I ，在其周围存在 电场，场强为 1) 一试验电荷q0 静止放在P点，则其受到的电场力2) 当q0 是运动的，通过P点的速度为 ，此时受的 力的大小与方向与上电场力都不同，设受力为 前一项与电荷运动速度无关 后一项与电荷运动速度有关IDate8与电荷运动速度有关的力，称为磁力磁力；磁力仅仅对 运动电荷才会出现，通常称洛仑兹力洛仑兹力。1、磁感应强度的大小：实验表明：磁力的大小与 、 有关，与 成正比， 与 的方向有关。磁线磁线：运动电荷沿此磁线方向运动时，不受磁力。此B 称为P 点 磁感应强度磁感应强度 的大小 Date92、磁感应强度的方
5、向实验表明：磁力的方向是沿 与磁线所构成的平面的法线方向。当 时，此时受的磁力最大这时： 和磁线三者互相垂直所指的方向称为磁感应强度磁感应强度 的方向，它与磁线平行。定义：单位：特斯拉(T) 高斯 (G)磁线星际空间： 地球表面： 太阳表面：0.01T 回旋加速器磁体：1T 超导：100T P脉冲星： Date103. 洛仑兹力公式运动电荷在磁场中受力为：运动电荷在电磁场中受力：电场力，与电荷 的运动状态无关磁场力，运动 电荷才受磁力洛仑兹洛仑兹力力公式：大小： 方向：右手螺旋定则磁线BDate11三、毕奥-萨伐尔定律电流元：由实验总结：一电流元 在某点 P产生的磁场的磁感应强度为： 毕毕奥奥
6、-萨伐尔定律萨伐尔定律大小：方向：真空中的磁导率真空中的磁导率1、毕奥-萨伐尔定律Date12一段长为L 的直导线其在 P 点产生 的 是各个 在该处产生的 的 矢量叠加。2、应用简单形状载流导线的磁场1) 载流直导线产生的磁场2) 载流圆线圈产生磁场复杂的可看做是这 两种简单的叠加。LDate13例1 载流直导线的磁场(导线长度为L，载流为I） ILa解： 的在 P 点的 OP 长为 L 的直导线在 P 点的 Date14做代换：得：方向：以直导线为轴线的圆周的切 线方向，与电流构成右手螺旋法则大小： ，离导线越远，B越小ILaOPDate15特例： 1) 导线无限长时2) 半无限长时aIL
7、aOPDate16例2 载流圆线圈轴线上的磁场解：电流元产生的磁场垂直分量相互抵消，只剩 下平行分量的标量叠加。 载流圆线圈轴线上产生磁场例例2 2 载流圆线圈轴线上的磁场（半径R，载流为I）Date17做代换：这里 是 线圈所围面积。引入磁偶极子的概念：磁矩磁矩：Date18特例： 1) 圆心处 2) 无限远处 电偶极子磁偶极子电偶极矩磁偶极矩- +Date19任取电流元在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外大小为各电流元的磁场方向相同 大小直接相加也可直接计算圆心处的磁场：Date20方向 解：RIabI dl例4 一条载有电流I的无限长导线弯成图示形状。 求O点的磁感应强度B。IR O例3
8、一段圆弧圆电流 在其曲率中心处的磁场abDate21所有dB 的方向都一样： 例5宽度为 a 的无限长金属平板，均匀通 电流I，求：图中P点的磁感应强度。Ix0xPd解：建立坐标系将板细分为许多无限长直导线每根导线宽度为 dx 通电流dxDate22R例6 长为 的直螺线管轴线上的 ，半径为R，单位 长度的匝数为 n 的中心轴线上的磁场。 Ox xdx取一dx 段螺线管元此螺线管元相当于圆线圈方向向右Date23代换：特例： 1) 无限长螺线管2) 在螺线管的两个端点任何密绕细长螺线管内部 轴线上的磁场是匀强的xRDate24例7 内外半径分别为R1 、R2 ，面电荷密度为的 均匀带电非导体平面圆环，绕轴线以角速度旋 转时，求圆环中心的磁感应强度。解：当平面圆环旋转时，其上电荷作 圆周运动形成电流，在空间激发 磁场。 平面圆环上的电流可看成是半径 连续变化的圆形电流的叠加取半径为r，宽为dr的 细圆环，其上电流为该电流在环心处激 发的磁感应强度为方向垂直平面圆环R2R1 ordrDate25例8 两根长直导线沿半径方向引到铁环上A、B两点， 并与很远处的电源相连。求环中心的磁感应强度。OABII答案：B为零问题：在载有电流I的圆形回路中，回路平 面内各点磁感应强度的方向是否相同？回路 内各点B的大小是否相同方向相同，大小不同Date26
