大学物理 课件 第六章+第二讲

授课教师XXX第六章稳恒磁场第一节恒定电流磁感应强度第二节毕奥-萨伐尔定律第三节磁通量磁场的高斯定理第六章稳恒磁场第四节安培环路定理第五节带电粒子在磁场中的运动第六节磁场对载流导线的作用第七节磁场中的磁介质6.3磁通量磁场的高斯定理了解磁感线的概念、特点及分布情况。掌握磁通量的概念及应用。掌握磁场中高斯定理的意义。学

习

要

求情境与问题磁通量的应用广泛：

科研探索

工业生产

日常生活什么是磁通量呢？一、磁感线

用磁感应线描述磁场的方法是：在磁场中画一簇曲线，曲线上每一点的切线方向与该点的磁场方向一致，这一簇曲线称为磁感应线。①方向：

曲线上一点的切线方向和该点的磁场方向一致。②大小：

磁感应线的疏密反映磁场的强弱。③性质：磁感应线是无头无尾的闭合曲线，磁场中任意两条磁感应线不相交.

通过无限小面元dS的磁感应线数目d

m与dS的比值称为磁感应线密度。我们规定磁场中某点的磁感应强度的值等于该点的磁感应线密度,又称磁通密度。一、磁感线几种常见的场源产生的磁场的磁感线分布示意图直线电流的磁感应线圆电流的磁感应线通电螺线管的磁感应线二、磁通量

通过磁场中任一面积的磁感应线数称为通过该面的磁通量，用

m

表示。1.均匀磁场，磁感应线垂直通过S

2.均匀磁场，S法线方向与磁场方向成

角二、磁通量(3)磁场不均匀，S为任意曲面(4)S为任意闭合曲面规定：

正方向为曲面上由内向外的法线方向。磁感应线穿入，为负；穿出，为正。——真空中恒定磁场的高斯定理的数学表达式

例：如图载流长直导线的电流为,试求通过矩形面积的磁通量.解：二、磁通量知识拓展磁通量及磁通量变化的应用1.磁通量无损检测技术2.车轮转速传感器知识拓展磁通量及磁通量变化的应用3.发电机4.电视、电话、无线电设备等科技与物理无线充电技术1.无线充电技术源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种。小功率无线充电常采用电磁感应式，如手机、手表等，也有部分电动汽车采用感应式无线充电方式进行充电；大功率无线充电常采用谐振式（大部分电动汽车充电采用此方式），由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置则利用接收到的能量为电池充电，并同时供其本身运作之用。了解安培环路定理的物理意义。能够应用安培环路定理计算一些具有对称分布电流周围的磁场分布情况。学

习

要

求6.4安培环路定理情境与问题电磁阀是由电磁线圈和磁芯组成的，其作为最常见的外部驱动单元，被广泛应用在工业中。电磁阀工作原理是什么呢？一、安培环路定理安培环路定理的内容在围绕单根载流导线的垂直平面内的圆形回路.

设闭合回路为圆形回路（与成右手螺旋法则）o积分绕向oo若回路绕向为逆时针规定：若回路绕向与I流向符合右手螺旋法则I取正值，反之，取负值.一、安培环路定理对任意形状的回路电流在回路之外一、安培环路定理多电流情况推广：一、安培环路定理一、安培环路定理

安培环路定理

在真空的恒定磁场中，磁感强度沿任一闭合路径的积分的值，等于乘以该闭合路径所穿过的各电流的代数和.注意符号规定：电流方向（大拇指方向）与L的环绕方向（四指方向）服从右手螺旋关系的I为正，否则为负。安培环路定律对于任一形状的闭合回路均成立.B的环流在数值上与回路内电流分布有关，但路径上任意点的B仍是闭合路径内外电流的综合贡献.物理意义：磁场是非保守场，不能引入势能.二、安培环路定理的应用1.根据电流的对称性分布分析磁场的分布.2.过场点选取合适的闭合积分路径.3.规定好积分回路取向，确定回路内电流的正负.4.由安培环路定理求出B.

例1

求载流螺绕环内的磁场

解：设环上线圈的总匝数为N，电流为I。例2

无限长载流圆柱体的磁场解:（1）.对称性分析选半径为r闭合回路顺时针为积分绕向.（2）选顺时针为积分绕向.二、安培环路定理的应用二、安培环路定理的应用

的方向与成右螺旋例3

无限长载流圆柱面的磁场解：（1）（2）二、安培环路定理的应用例4.载流长直螺线管内的磁场设螺线管长度为l,共有N匝.解：确定闭合回路及积分绕向.知识拓展安培环路定理的应用1、安培环路定理的应用非常广泛。如在电机设计中，通过合理设计电机绕组，使电流在电机内部产生所需的磁场，实现电机的正常运转；在电磁屏蔽的设计中，通过合理设计屏蔽体的结构和电流分布，可以有效地减少电磁干扰和辐射，保障周围设备和人员的安全；安培环路定理还可以用于磁场测量，通过测量电流和磁场强度等参数，可以计算得到磁场的分布和动态变化，从而实现对磁场的有效监测和控制。科技与物理可控核聚变可控核聚变是指人类能够利用科技手段，实现在地球上模拟太阳内部的核聚变反应，从而获取清洁、安全、可持续的能源，被誉为“21世纪最大的科学挑战”。托卡马克装置被认为是最有潜力实现可控核聚变的装置，而其中的磁场是实现该技术的关键因素之一。在托卡马克装置中，磁场是通过施加电流来实现的。电流的大小和分布对于磁场的强度和均匀性有直接影响。科技与物理可控核聚变“中国环流三号”是我国自主设计研制的可控核聚变装置，2023年8月25日下午，“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，刷新中国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，标志着中国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。中国已经在可控核聚变领域，达到了国际先进水平，为实现核聚变的商业化和工程化奠定了坚实的基础。1.理解磁通量的概念，会计算磁通量2.安培环路定理:①通过整个曲面的磁通量为：②恒定磁场中的高斯定理表达式：在真空的恒定磁场中，磁