大学物理-电流与磁场PPT文档格式.ppt

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有可以移动的电荷；

（2）有维持电荷作定向有维持电荷作定向移动的电场。

移动的电场。

3、电流的定义流的定义单位时间内通过导体任一截面的电量单位时间内通过导体任一截面的电量为电流强度。

为电流强度。

电流强度随时间而变化电流强度随时间而变化（例如交流电例如交流电），可用瞬时电流强度来表示，可用瞬时电流强度来表示在在SI中中，规定定电流流强强度度为基基本本量量，1s内内通通过导体体任任一一截截面面的的电荷荷为1C的的电流流强强度称度称为1A，即，即单位：

安培位：

安培（A）二、恒定电流与恒定电二、恒定电流与恒定电场场1.恒定恒定电流流恒定电流恒定电流电流分布不随时间变化电流分布不随时间变化2.恒定恒定电场恒定恒定电场维持恒定电流所需的电场，维持恒定电流所需的电场，其分布不随时间变化。

其分布不随时间变化。

静电场与恒定电场比较静电场与恒定电场比较不同不同相同相同静静电电场场恒恒定定电电场场导体内导体内一经建立不需能一经建立不需能量维持量维持导体内导体内分布不变分布不变其其存存在在一一定定伴伴随随能量转换能量转换分布不随分布不随时间变化时间变化高斯定理高斯定理有源性有源性环路定理环路定理保守性保守性均适用均适用三、电流与电流密度三、电流与电流密度1.电流密度矢量流密度矢量大大小小：

通通过过与与该该点点垂垂直直的的单单位位截截面面的的电电流。

流。

方向：

与与+q的漂移运的漂移运动方向，方向，方向相同。

方向相同。

单位：

位：

安安米米-2（Am-2）通通过一个有限截面一个有限截面S的的电流流强强度度为2.电流的流的连续性方程性方程形象描述电流分布，形象描述电流分布，电流密度矢量线。

电流密度矢量线。

曲曲线线上上每每一一点点的的切切线线方方向向为为的的方方向向，曲曲线线的疏密表示它的大小。

的疏密表示它的大小。

（1）电流流线在在电流流场中中选一一闭合曲面合曲面S，单位位时间内从内从S面面内流出的电荷量为内流出的电荷量为

（2）电流的流的连续性方程性方程据电荷守恒定律，据电荷守恒定律，电流密度矢量的通电流密度矢量的通量等于该面内电荷减少的速率量等于该面内电荷减少的速率.当当电荷分布不随荷分布不随时间变化化（电场不不变）时，电流将达到流将达到稳恒。

恒。

（3）恒定恒定电流流说明说明:

1o在没有分支的恒定在没有分支的恒定电路中，通路中，通过各截面各截面的的电流必定相等；

而且恒定流必定相等；

而且恒定电路必定是路必定是闭合的。

合的。

2o恒恒定定电流流情情况况下下的的电荷荷分分布布（净电荷荷的的宏宏观分分布布不不随随时间改改变）所所激激发的的恒恒定定电场与与静静电场服从同服从同样的基本的基本规律。

律。

四、电源及电源电动势四、电源及电源电动势问题：

能否形成恒定电流？

问题：

非静电力做功，不断的将正电非静电力做功，不断的将正电荷从低电位移到高电位的装置荷从低电位移到高电位的装置+带正电导体带正电导体带负电导体带负电导体连接导线连接导线+-电源电源维持外电路两端的电势差维持外电路两端的电势差形成恒定电流形成恒定电流1、电源：

源：

符号：

2、电源源电动势把把单位位正正电荷荷经电源源内内部部从从负极极移移到到正正极极，非非静静电力力所所作作的的功。

功。

描描述述电源源做做功功的的本本领的的物理量物理量设电荷荷q在在电源内受非静源内受非静电力力则，电源内部的非静电场强为：

则，电源内部的非静电场强为：

经电源内方向：

经电源内部由负极指向正极。

部由负极指向正极。

将其他形式的能转换为电能将其他形式的能转换为电能的装置。

的装置。

对整个电路有：

说明：

反映电源做功本领，与外电路闭合反映电源做功本领，与外电路闭合否无关；

否无关；

是标量，遵循代数运算法则。

磁场和磁感应强度磁场和磁感应强度一、磁的基本一、磁的基本现象象司南勺司南勺SSNN两极不可分割，即两极不可分割，即“单极子单极子”不存在。

不存在。

磁性磁性：

能吸引：

能吸引铁、钴、镍等物等物质的性的性质。

磁极：

磁性最磁性最强强的区域，分磁北极的区域，分磁北极N和磁和磁南极南极S。

1.磁磁铁的磁性的磁性磁偏角磁偏角2.磁力磁力磁极间存在相互磁极间存在相互作用，同号相斥，异作用，同号相斥，异号相吸。

号相吸。

地球是一个巨大的永磁体。

磁现象产生的原因是什么？

3.电流的磁效流的磁效应1819奥斯特奥斯特实验表明：

表明：

电流流对磁磁极有力的作用极有力的作用磁铁对电流有作用磁铁对电流有作用电流间有相互作用电流间有相互作用载流线圈的行载流线圈的行为像一块磁铁为像一块磁铁结结论论：

磁磁现现象象与与电电荷荷的的运运动动有有着着密密切切的的关关系系。

运运动动电电荷荷既既能能产产生生磁磁效效应应，也也受受到磁力的作用。

到磁力的作用。

4.安安培培分分子子电流流假假说（1822年年）一切磁一切磁现象起源于象起源于电荷的运荷的运动。

磁性物磁性物质的分子中存在着分子的分子中存在着分子电流，流，每个分子每个分子电流相当于一基元磁体。

流相当于一基元磁体。

物物质的磁性取决于内部分子的磁性取决于内部分子电流流对外外界磁效界磁效应的的总和。

和。

说明了磁极不能明了磁极不能单独存在的原因。

独存在的原因。

二、磁场二、磁场磁感强度磁感强度1.磁磁场运动电荷运动电荷磁磁场场运动电荷运动电荷2.磁感磁感应强强度度描述磁场大小和方向的物理量描述磁场大小和方向的物理量

（1）定定义：

小磁方向：

小磁针N极指向；

极指向；

实验：

正正试验电荷荷q0以以速速率率v在在磁磁场中中沿沿不同方向运不同方向运动受力：

受力：

实验结果实验结果:

a.Fv、B组成的平面；

成的平面；

q0b.F大小正比于大小正比于v、q0、sinq0沿沿磁磁场方方向向运运动，F=0;

q0垂垂直直磁磁场方方向运向运动，F=Fmax单位：

特斯拉特斯拉（T）磁感强度的大小磁感强度的大小：

思想：

我们在研究带电体产生的电场时，思想：

我们在研究带电体产生的电场时，将其看成许许多多电荷元。

即：

将其看成许许多多电荷元。

将电流看成许许多多的电流元：

I.P实验证明：

实验证明：

在真空和在真空和SI制中，制中，方向方向:

写成矢量表示：

00=410-7-7亨利亨利米米-1真空中的磁真空中的磁导率率IIrdlIdB三、毕奥三、毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律四、毕四、毕萨定律应用举例萨定律应用举例选取取电流元或某些典型流元或某些典型电流流分布分布为积分元；

分元；

由由毕-萨定定律律写写出出积分分元元的的磁磁场dB；

建建立立坐坐标系系，将将dB分分解解为分分量量式式，对每每个个分分量量积分分（统一一变量、确定上下量、确定上下积分限分限）求求出出总磁磁感感应强强度度大大小小、方方向，向，对结果果进行分析行分析例例7-1.载流直流直导线附近一点的磁感附近一点的磁感应强强度度a解：

解：

在导线上任取在导线上任取由毕由毕由毕由毕萨定律萨定律萨定律萨定律方向恒垂直屏向外方向恒垂直屏向外选为积分分变量，量，P12rlI1=0,2=

（2）“半无限半无限长”载流流导线aBI1=/2,2=（3）P点在点在导线的延的延长线上上B=0讨论讨论:

“无限无限长”载流流导线“半无限半无限长”载流流导线

（1）

（1）“无限无限长”载流流导线例例7-2.载流流圆线圈圈半半径径为R，电流流强强度度为I。

求求轴线上上距距圆心心O为x处P点的磁感点的磁感强强度。

度。

方向如图方向如图I各各电流元在流元在P点点大小相等，方向不同，大小相等，方向不同，解：

在圆电流上取电流元解：

在圆电流上取电流元根据毕奥根据毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律由对称性：

由对称性：

讨论：

圆心心处磁磁场,x=0N匝：

匝：

定定义:

电流的磁矩电流的磁矩IS:

电流所包流所包围的面的面积,规定正法定正法线方向与方向与I指向成右旋关系；

指向成右旋关系；

圆电流磁矩：

圆电流轴线上磁场：

安培米米2（Am2）例例7-3.A和和C为两两个个正正交交放放置置的的圆形形线圈圈，其其圆心心相相重重合合，A线圈圈半半径径为20.0cm，共共10匝匝，通通有有电流流10.0A；

而而C线圈圈的的半半径径为10.0cm，共共20匝匝，通通有有电流流5.0A。

求求两两线圈圈公公共共中中心心O点点的的磁磁感感应强强度的大小和方向。

度的大小和方向。

ACOBBCBA解：

例例7-4.半半径径为R的的圆盘均均匀匀带电，电荷荷密密度度为。

若若该圆盘以以角角速速度度绕圆心心O旋旋转，求求轴线上上距距圆心心x处的磁感的磁感应强强度。

ROPxxdBdrr任任取半径取半径为r圆环，如，如图图方向恒沿方向恒沿x轴环上电量为环上电量为则则1.磁感磁感应线规定规定:

磁感应线的切向磁感应线的切向大小：

磁感应线的疏密大小：

磁感应线的疏密特点特点闭合，或两端伸向无穷远；

闭合，或两端伸向无穷远；

与载流回路互相套联；

互不相交。

五、高斯定理五、高斯定理条形磁铁周围的磁感线条形磁铁周围的磁感线直线电流的磁感线直线电流的磁感线圆电流的磁感线圆电流的磁感线通电螺线管的磁感线通电螺线管的磁感线磁感应线闭合成环，无头无尾磁感应线闭合成环，无头无尾2.磁通量磁通量通过磁场中某给通过磁场中某给定面的磁感线条数定面的磁感线条数单位：

Wb（韦伯伯）ddSS对封闭曲面，对封闭曲面，规定外法向规定外法向为正为正进入的磁感应线进入的磁感应线穿出的磁感应线穿出的磁感应线穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零。

穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零。

3.真真空空中中磁磁场场的的高高斯斯定理定理穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零。

S磁场是磁场是“无源场无源场”，自然界没有单独，自然界没有单独存在的磁单极子。

存在的磁单极子。

例例7-5.无无限限长直直导线通通以以电流流I，求求通通过如如图所所示示的的矩矩形形面面积的的磁磁通量。

通量。

abI解：

建立如图所示的坐标系解：

建立如图所示的坐标系xx处磁感磁感应强强度的大小度的大小为：

在在x处取面元取面元dS，如，如图元通量元通量静静电场：

磁磁场：

下面以下面以长直直载流流导线的磁的磁场为例例进行行讨论：

1.电流穿流穿过环路路LILddrBdl六六、真真空空中中磁磁场场的的安安培环路定理培环路定理若电流反向：

若电流反向：

ILdrBdl2.多根多根载流流导线穿穿过环路路六六、真真空空中中磁磁场场的的安安培环路定理培环路定理3.电流在流在环路之外路之外在在真真空空的的恒恒定定磁磁场中中，磁磁感感强强度度矢矢量量沿沿任任意意闭合合曲曲线L的的线积分分（环流流），等等于于包包围在在闭合曲合曲线内各内各电流代数和的流代数和的0倍。

倍。

六六、真真空空中中磁磁场场的的安安培环路定理培环路定理定律分析：

定律分析：

（1）成立条件：

恒定成立条件：

恒定电流的磁流的磁场；

（2）L:

场中任一中任一闭合曲合曲线安培安培环路路:

环路上各点路上各点总磁感磁感应强强度度,（L内外所有内外所有电流流产生生）；

穿穿过以以L为边