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1、University Physics,第九章 真空中的恒定磁场, 电荷相对观察者静止,产生静电场, 电荷相对观察者运动,产生电场和磁场,运动电荷之间相互作用不仅有电力还有磁力,9-1 磁力 磁感应强度,一. 磁力与磁场,奥斯特实验，安培实验,实验证实：磁力是通过磁场传递的,永久 磁体,永久 磁体,电流,电流,磁体,电流,永久磁体、运动电荷、传导电流之间都存在磁 力的相互作用。,真空中一切磁力都起 源于电荷的运动, 磁场也是一种物质,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,二. 磁感应强度,在闭合回路中取电流元,电流元在磁场中的受力特点:,(1) 电流元在磁场
2、中的方向不同,受力也不同;,存在一个方向使,定义,(2) 当电流元的取向与 磁感应强度的方向垂 直时,受到的磁场力最 大;,磁感应强度 的大小,定义该方向为磁感应强度 的方向,所组成的平面;,(4) 当电流元与磁感应强度,受到磁场力的大小为,矢量形式:,(3) 磁场力,的方向总是垂直,于电流元 和磁感应强度,间的夹角为 时，,安培力公式,说明:,磁感应强度有各种定义方法,磁感应强度的单位：特斯拉（T）,磁感应强度描述空间某个点磁场强弱和方向的物理量,一般情况，,特殊，, 匀强磁场,9.2 毕奥萨伐尔定律,一.毕奥萨伐尔定律,静电场:,取,磁 场：,取,毕萨定律：,单位矢量,真空中的磁导率,大小
3、：,方向：右螺旋法则,?,?,?,例如：,说明：,1. 这个定律是从实验中总结归纳出来的,2. 当导线上的电流是恒定电流时，周围的磁场称为恒定磁场，不随时间变化,二.毕萨定律的应用,1. 载流直导线的磁场,I,解,求距离载流直导线为a 处 一点P 的磁感应强度,根据几何关系：,l,(1) 无限长直导线,方向：右螺旋法则,(2) 任意形状直导线,I,1,2,讨论,(3) 无限长载流平板,P,解,分析：,(1),无限长载流直导线,(2),无限大板,2. 载流圆线圈的磁场,求轴线上一点P 的磁感应强度,根据对称性,方向满足右手定则,(1),载流圆线圈的圆心处,(2) 一段圆弧在圆心处产生的磁场,如果
4、由N 匝圆线圈组成,如图，求O 点的磁感应强度,I,1,2,3,解,例,讨论,(3),S,定义,磁距,求绕轴旋转的带电圆盘轴线上的磁场和圆盘的磁矩,解,P,r,例,圆盘圆心处,方向沿 x 轴正向,3. 载流螺线管轴线上的磁场,I,已知螺线管半径为R,单位长度上有n 匝,讨论,(1) 无限长载流螺线管,讨论,(2) 半无限长载流螺线管,三.运动电荷的磁场,q,电流元内总电荷数,一个运动电荷产生的磁场,如图的导线，已知电荷线密度为，当绕O点以 转动时,解,1,2,3,4,线段1：,O点的磁感应强度,例,求,线段2：,同理,线段3：,线段4：,同理,9.3 磁场的高斯定理,静电场：,磁 场：,静电场
5、是有源场,一. 磁力线,1. 规定：,(1) 方向：磁力线切线方向为磁感应强度,的单位面积上穿过的磁力线条数为磁感,的方向,(2) 大小：垂直,应强度,的大小,2. 磁力线的特征:,(1) 无头无尾的闭合曲线,(2) 与电流相互套连，服从右手螺旋定则,(3) 磁力线不相交,二.磁通量,通过面元的磁场线条数, 通过该面元的磁通量,对于有限曲面,磁力线穿入,对于闭合曲面,规定,磁力线穿出,例,证明在没有电流的空间区域里，如果磁场线是一些同方向的平行直线，则磁场一定是均匀的。,解,由安培环路定理可知,反证法,与假设相反，得证,分析电流系 统的对称性,取合适的 安培环路,应用安培 环路定理,(有向闭合回路),(使 B 提出积分号),(适用于闭合电流),小结,三.磁场的高斯定理,磁场线都是闭合曲线,磁高斯定理,例,证明在 磁力线为平行直线的空间中，同一根磁力线 上各点的磁感应强度值相等。,解,是磁场线闭合性质的数学表达, 磁场是无源场(涡旋场),磁场的性质与静电场不同,电流产生 的磁感应线既没有起点，也没有终点，即磁场线既没有源头，也没有结尾,
