[理化生]第9章磁場(chǎng)課程講解(已修改)

　

【正文】 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 第 9章 恒定磁場(chǎng) 磁約束核聚變研究裝置 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 電流在其周圍激發(fā) 磁場(chǎng) 穩(wěn)恒電流在其周圍激發(fā) 穩(wěn)恒磁場(chǎng) 本章研究穩(wěn)恒磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 恒定磁場(chǎng)（一種特殊物質(zhì)）知識(shí)結(jié)構(gòu) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)描述 相互作用 能量 真空中的電流 基本規(guī)律 高斯定理 環(huán)流定理 恒定磁場(chǎng)的性質(zhì) 磁通量 磁介質(zhì) 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 167。 磁場(chǎng)力和磁感應(yīng)強(qiáng)度 電流 1. 電流、電流密度 （ 1）電流的定義：自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流 （ 2）電流的方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 （ 3）電流的大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量，既 單位時(shí)間內(nèi) 電荷對(duì)截面積的通量 S dtdqtqIt?????? 0lim（ 4）穩(wěn)恒電流：電流的大小和方向都不變的電流 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) （ 5）電流密度：描述電流空間分布的物理量 dS n?ndSdIj ????空間某點(diǎn)電流密度的大小為：通過(guò)該點(diǎn)單位垂直截面上的電流 空間某點(diǎn)電流密度的方向?yàn)椋涸擖c(diǎn)電流的方向 （ 6）通過(guò)空間某曲面的電流 dS n?S j?通過(guò) dS 面的電流 SdjdI ?? ?? ndSSd ?? ?通過(guò) S 面的電流 ?? ??SSdjI ??（ 7）電流線：描繪電流場(chǎng)（類似電力線） 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 2. 電流連續(xù)性方程 導(dǎo)體中一閉合面 S ， t 時(shí)刻有電荷 q S 單位時(shí)間內(nèi)流出的電流等于單位時(shí)間內(nèi)電荷減少量 ?? ??SSdjI ??出dtdqI ??出??? ??Ve dVq ?????? ????VeSdVdtdSdj ???電流連續(xù)性方程 3. 穩(wěn)恒電流條件 0?dtdq 0????SSdj ??穩(wěn)恒電流條件：任意時(shí)刻流出導(dǎo)體任意閉合曲面的電流等于流入該曲面的電流 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 一 . 磁力與磁場(chǎng) 磁體 磁體 電流 電流 安培提出 : 一切磁現(xiàn)象起源于電荷運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)電荷 運(yùn)動(dòng)電荷 磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的性質(zhì) (1) 對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷 (或電流 )有力的作用 。 (2) 磁場(chǎng)有能量 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 二 . 磁感應(yīng)強(qiáng)度 在閉合回路中取電流元 lI ?dlI ?d電流元在磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn) : (1) 電流元在磁場(chǎng)中的方向不同 ,受力也不同 。 存在一個(gè)方向使 0d ?FlI ?d0d ?F定義 lIFBdd m a x?B?(2) 當(dāng)電流元的取向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí) ,受到的磁場(chǎng)力最大 。 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 定義 該方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的方向 B?lI ?dm a xdd FF ?物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 滿足 maxdF?lI ?dB?maxdF?BlIF ??? ?? dd（ 3）磁場(chǎng)力 的方向與電流元 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B?—— 安培力公式 lI ?d右手螺旋關(guān)系 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 利用運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力情況來(lái)測(cè)量磁場(chǎng) (1) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在一個(gè)方向使 0?F?定義 ?qFB max?(2) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的的大小 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 定義 該方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的方向 當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷電量、速度一定時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，受到的磁場(chǎng)力最大 maxF磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位： T（ 1T=10000Gs） F???q物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 的關(guān)系 F?BqF ??? ??? ?（ 3）磁場(chǎng)力 與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B?—— 洛侖茲力公式 B???? 的方向 洛侖茲力的大小 ?? s inBqF ???B?F??q?? ??0洛侖茲力的方向 注意電荷為負(fù)時(shí)，力的方向取逆方向 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 靜電場(chǎng)二作業(yè)中的 問(wèn)題 抄作業(yè)有什么好處？ 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 二 .填空題 : ，一等邊三角形邊長(zhǎng)為 a，三個(gè)頂點(diǎn)上分別放置著電量為 q,2q,3q的三個(gè)正點(diǎn)電荷。設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，則三角形中心處 O的電勢(shì) a q 3q 2q O r rqu0O 46 ???? aa/r336c o s2 ???a2330O ??qu ?物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 3 把一個(gè)均勻帶電量為 +Q 的球形肥皂泡由半徑 r1 吹到半徑 r2 ，則半徑為 R ( r1 R r2 )的高斯球面上任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小 E 由 __變?yōu)?__；電勢(shì) U 由 __變?yōu)?__。（選無(wú)窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)）。 吹前 r1 +Q 高斯球面 2020 44 RQrQERr ???????R4Qr4Q0Rr0 ???????u物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 吹后 r2 高斯球面 0?E202rR 1 4rdErdE22rQur ??????? ?? ? ????+Q E2 E1 R 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 4. 一均勻靜電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度 V/ m，則點(diǎn) a (3, 2)和點(diǎn) b (1, 0)之間電勢(shì)差 U=____________（ X,Y以米計(jì)）。 )6 0 04 0 0( jiE ??? ???? ?????? babaab jdyidxjildEu )()600400( ???????? ???? 0213 2 0 0 06 0 04 0 0 Vdydxu ab物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 三 、 計(jì)算題 1 區(qū) 1．正電荷均勻分布在半徑為 R的球形體積中（如圖），電荷體密度為 ρ，求球內(nèi) a點(diǎn)和球外 b點(diǎn)的電勢(shì)差。 1 2 30012344 rVEr r ?????? ??01 3??rE ?2區(qū) 02022 344?????RQEr ??2032 3 rRE???? ??? Rr rRab a b drEdrEu 21 )23(63220 ba rRrR ?????R是變量 ! 不是固定值 ! 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 2. 電荷密度分別為 +σ和 σ的兩塊“無(wú)限大”均勻帶電平行平面分別與 X軸垂直相交于 X1=a, X2=a 兩點(diǎn)。設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn) O處電勢(shì)為零，試求空間的電勢(shì)分布表示式并畫(huà)出其曲線。 σ +σ a a O x σ +σ a a O x U 2 1 3 031 ?? EEiE ??02 ????? ?? x xdxEu 0022 ??03 ?? auuuaoxa ???01 ?? auuuaoax ???? ??不為 0! 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) dtdqtqIt?????? 0lim上堂課講授的主要內(nèi)容 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 167。 畢奧－薩伐爾定律 一 .畢奧－薩伐爾定律 靜電場(chǎng) : 取 qd E?d ?? EE ?? d磁 場(chǎng)： 取 lI ?d B?d ?? BB ?? d200 d4d rrlIB ??? ????畢－薩定律： 0r? 單位矢量 真空中的磁導(dǎo)率 270 AN104 ?????大小： 20 s i nd4d rlIB ????方向：右螺旋法則 ? P lI ?d r??B?物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 例如： lI ?dP r?B? lI ?dr?B?r?B?lI ?d r?0?B（ 3） 一段載流導(dǎo)線在場(chǎng)點(diǎn) P 處產(chǎn)生的磁場(chǎng) P lI?d r??Bd?A B ?? ????BAL rrlIB200 d4dB???? ?（ 4）閉合載流導(dǎo)線在場(chǎng)點(diǎn) P 處產(chǎn)生的磁場(chǎng) ?? ???? 200 d4dBrrlIB ?????P lI?d r??Bd?物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) （ 1） 載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng) 解 20 s i nd4d rlIB ????求距離載流直導(dǎo)線為 a 處 一點(diǎn) P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B?20 s i nd4d rlIBB ??? ????I a lI?dr?? B?P 各電流元產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同 求磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法 lI ?d B?d B?二 .畢－薩定律的應(yīng)用 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) 1?2??c s car ??? dc s cd 2al ?? ? ?? c o tc o t aal ?????根據(jù)幾何關(guān)系 )c o s( c o s4 210 ??? ??? aIB??? 21 ds i n4 0 θθaIB ???I a lI ?dr??P l 由電流元方向確定 ? ?2方向 物理系：史彭 大學(xué)物理：磁場(chǎng) (1) 無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線 )c o s( c o s4 210 ??? ??? aIB01 ?? ??2?aIB?? 20? 方向：右螺旋法則 (2) 任意形狀直導(dǎo)線 01 ?B)180c o s90( c o s4 0002 ??? aIB ?aI?? 40?P a I 1 2 B?r?討 論 B?I 1?2?P 物理系：史彭