高中三年级物理电磁学课件

1、&学习要求学习要求掌握磁感应强度的的概念，能熟练应用毕奥掌握磁感应强度的的概念，能熟练应用毕奥-萨伐尔定律和磁场叠加原理计算某些简单载流导萨伐尔定律和磁场叠加原理计算某些简单载流导体产生的磁感应强度。体产生的磁感应强度。2.理解磁场的高斯定理和安培环路定理，熟练掌理解磁场的高斯定理和安培环路定理，熟练掌握安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。握安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。3.了解磁通量的概念，会计算磁场中通过简单几了解磁通量的概念，会计算磁场中通过简单几何形状曲面的磁通量。何形状曲面的磁通量。5.掌握电流元受磁场力的安培力公式，能熟练计算简掌握电流元受磁场力的安培力公式，

2、能熟练计算简单几何形状的载流导线在外磁场中受的磁力和载流单几何形状的载流导线在外磁场中受的磁力和载流平面线圈在外磁场中受到的力矩，会判断磁力和力平面线圈在外磁场中受到的力矩，会判断磁力和力矩的方向。矩的方向。6.会计算载流线圈或旋转带电体的磁矩及其在均匀会计算载流线圈或旋转带电体的磁矩及其在均匀磁场中所受的力矩（大小、方向）；磁场中所受的力矩（大小、方向）； 7.了解顺磁质、抗磁质磁化的微观机制，了解顺磁质、抗磁质磁化的微观机制，8. 熟练掌握有介质时的安培环路定理计算磁感应熟练掌握有介质时的安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。强度的条件和方法。4.理解洛仑兹力公式，能熟练应用公式计算运动

3、电理解洛仑兹力公式，能熟练应用公式计算运动电荷在电磁场中的受力和运动。荷在电磁场中的受力和运动。1.磁感应强度的定义：磁感应强度的定义：(1)大小大小: : B = = Fm /qv(2)方向方向: : 磁场的方向磁场的方向, ,即小磁针即小磁针N 极的指向极的指向2.毕奥毕奥萨伐尔定律：萨伐尔定律：30d4drrlIB 3.磁场叠加原理：磁场叠加原理： iBB或或 LLrrlIBB30d4d &基本概念和规律基本概念和规律4.磁场中的高斯定理：磁场中的高斯定理：0d SSB5.安培环路定理安培环路定理 iiLIlB0d 6.几种常见电流的磁场分布规律几种常见电流的磁场分布规律(1)直

4、线电流的磁场直线电流的磁场有限长：有限长：)cos(cos4210 aIBaIB 20 无限长：无限长：注意注意: :有二种表达方式有二种表达方式(2)圆形电流的磁场圆形电流的磁场轴线上一点处：轴线上一点处： 2/322202xRIRB 圆心处：圆心处：RIB20 载流直螺线管的磁场载流直螺线管的磁场有限长：有限长： 120coscos2 nIBnIB0 无限长：无限长：均匀载流长直圆柱体的磁场均匀载流长直圆柱体的磁场20RIrB 内内rIB 20 外外 2/32202xRPm (5)无限大均匀载流平面的磁场无限大均匀载流平面的磁场2ojB 运动电荷产生的磁场运动电荷产生的磁场304rrvqB

5、 7.载流导线在磁场中所受的力载流导线在磁场中所受的力安培定律安培定律 LLBlIFFddBlIF dd8.载流平面线圈在均匀磁场中所受的磁力矩载流平面线圈在均匀磁场中所受的磁力矩nNISPm BPMm 其中：其中：面电流密度面电流密度9.运动电荷在外磁场中所受的磁力运动电荷在外磁场中所受的磁力洛仑兹力洛仑兹力BvqF 电磁场对运动电荷的作用力电磁场对运动电荷的作用力BvqEqF 10.霍尔效应：霍尔效应：dIBRnqdIBUUH 2111.磁力的功磁力的功 21d IA若若I为常量为常量 d21IIA 12. .磁场强度磁场强度H的环路定理的环路定理: :在磁场中沿任一封闭路径在磁场中沿任一

6、封闭路径磁场强度磁场强度H的环流等于该路径所包围的传导电流的代的环流等于该路径所包围的传导电流的代数和。即数和。即传传导导 LIlHd13.在各向同性非铁磁质中同一点处，在各向同性非铁磁质中同一点处，B与与H的关系为的关系为 BBHr 0&课堂讨论题课堂讨论题1B2B1B2B1B2B利用高斯定理和安培环路定理证明利用高斯定理和安培环路定理证明不存在不存在不存在不存在存在存在 iiLIlB0d 答答: 120sinsin4 RIB dlBL 120sinsin2 I 2sinsin4120RRI LIab1 2 oP有限长电流的磁场的环路积分不符合有限长电流的磁场的环路积分不符合安培环路

7、定理安培环路定理,说明安培环路定理的说明安培环路定理的适用条件是适用条件是稳恒的闭合电流稳恒的闭合电流的磁场。的磁场。!0I &课堂计算题课堂计算题1. 如图所示，计算如图所示，计算o点的磁感应强度点的磁感应强度ABCACOXYZBCDAACOXYZOABIICB1.1.解解（a)由对称性知，三角由对称性知，三角形电流产生的磁场在形电流产生的磁场在O点相互抵消，则点相互抵消，则CCAAoBBB OBAA )()cos(cos43231504aIbIBoocc)4323( aIBooABCACOb计算计算o点的磁感应强度点的磁感应强度XYZBCDAACO（b)ABC半圆弧电流半圆弧电流:

8、jRIB801 ADC半圆弧电流半圆弧电流:kRIB802 CC 半无限长直导线电流半无限长直导线电流kRIB 403kRIkRIjRIB 4880000iRIkRIjRIBBBBBBABCA 48)2123(320000(c)XYZOABIICB解解:用补偿法用补偿法2012rjrBr jBo22,)(jraRrIBooo22221大圆柱电流在大圆柱电流在P点的磁感应强度可点的磁感应强度可以有下式求出（安培环路定理）以有下式求出（安培环路定理）222raRIoo)(小圆柱电流在小圆柱电流在P点点OORrrI0 bP1B2B 21BBB,22rjBo )(2rrjo .2bjo ,21rjBo

9、 写成矢量式写成矢量式:rrbP P点的总磁感应强度为点的总磁感应强度为IdlFd解解：场场为为载载流流长长直直导导线线产产生生的的磁磁xIB 20 lIxIFd2d0 cosdFF方向为沿方向为沿x轴正向轴正向 dcos2IRRIo 200d2II,0II BlIF dd注意每项的物理意义！注意每项的物理意义！由对称性：圆环上所有电流元所受力之矢量和由对称性：圆环上所有电流元所受力之矢量和 方向故圆环所受总的磁力为方向故圆环所受总的磁力为x xIIAD根据均匀介质中根据均匀介质中 B=H ,所以所以:rNIB 2 R1R2r解解:分析磁场的分布特点分析磁场的分布特点,取同心圆取同心圆形回路形

10、回路L,半径半径 R1 r R2 NIrHNIlHL 2d即即rNIH 2 得得：此结果适用于真空此结果适用于真空, ,只要取只要取r=1,即即=0即可即可,这时这时B=B0.长直导线对扇形中弧形边的长直导线对扇形中弧形边的作用力为零。作用力为零。R2解解：OOR1I2I1长直导线产生的磁场长直导线产生的磁场rIB 2101方向为方向为 rrIIF 2/dd210 rab边上电流元边上电流元 所受的磁力为：所受的磁力为：lI d2abcdOOI2I1abcd.d45sinddFrFrMo 21d42d210RRabrIIMM 则整个线圈所受的磁力矩：则整个线圈所受的磁力矩：)(12210422

11、RRIIM12dBrIF 方向方向:ab 边为垂直纸面边为垂直纸面向外向外，cd 边为边为向里向里。.1077. 2ln2812210NRRII :边边作作用用力力的的大大小小对对ab 21d2210RRrIrII2r对对ab和和cd 两边作用力的大小相等。两边作用力的大小相等。（2）ab边上电流元所受磁力对边上电流元所受磁力对oo轴的力矩为轴的力矩为dlI2x-aayPz解解：将此无限长载流薄版看作由无数将此无限长载流薄版看作由无数条无限长平行载流导线所组成。条无限长平行载流导线所组成。 ,2/ddayII rIB 2dd0其在其在P点的磁场强度为点的磁场强度为&课后练习题课后练习题

12、坐标为坐标为y 处，宽为处，宽为dy 的载流直的载流直线中的电流强度为线中的电流强度为x-aaPydIx-aayPz为看清为看清dB的方向，画出俯视图：的方向，画出俯视图：由对称性：由对称性： ByBd2004dcos2ddrxayIrIBy rBd,cos,cosdd2 xrxy, xtgy又又xaarctgaIaIdaIBooo 224000若是一无限大载流平面，若是一无限大载流平面， 面电流密度为面电流密度为i ,则平面两侧的磁场是则平面两侧的磁场是 均匀的，大小为：均匀的，大小为：2iBo沿沿y y轴正方向轴正方向xaarctgaIB 20 xyz解解:左B右B0B0B2B1B1ddB

13、lIF 2B载流平面面元所受的磁力为：载流平面面元所受的磁力为： Fd取长宽分别为取长宽分别为dy，dx的电流元，的电流元，I=idx，dl =dy。 kyBxioddkSBiod 载流平面每单位面积上所受的安培力为：载流平面每单位面积上所受的安培力为：kiBSFo dd0B除载流面元以外的磁场除载流面元以外的磁场下面来求下面来求B0,iiBBB20 右右左左无限大均匀载流平面在两侧产生均匀磁场：无限大均匀载流平面在两侧产生均匀磁场：BBB01BBB02,2210BBB 。012 BBi左B右B0B0B2B1BkiBSF0dd 载流平面每单位面积上所受的安载流平面每单位面积上所受的安培力为：培

14、力为：kBBBB)2()(12012 kBB021222 解解：电子以最大速率射入时电子以最大速率射入时,其轨迹其轨迹与上面边界相切，与上面边界相切，,45sin)(0RRl ,2RmvBevm melBmeRBvm) 12( lR) 12( RlBv.I0IADCba解解:(1)IA稳定平衡位置如图稳定平衡位置如图. .图中所示图中所示Pm的方向？的方向？在线圈位置在线圈位置I I0 0产生的磁场产生的磁场的方向？的方向？稳定平衡位置：稳定平衡位置：pm平行外平行外磁场方向。磁场方向。I0IADCba( (2) )线圈从初始位置转到稳定线圈从初始位置转到稳定平衡位置时磁力矩作的功平衡位置时磁力矩作的功: :IA 线圈线圈在初始位置在初始位置的磁通量的磁通量: :SBdd0 xyxId200 XYOxbxxId)-(200 xxbIabbd )1(2000 )ln(200abbabI IA)ln(20