大学物理 课件 第六章+第一讲

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6.1恒定电流磁感应强度掌握恒定电流、电流密度的含义及其微观表达形式。掌握电动势的物理意义。了解基本磁现象及其微观机制，掌握磁感应强度的概念。学

习

要

求情境与问题磁悬浮技术的应用：

科研探索

工业生产

日常生活什么是磁悬浮技术呢？“羲和号”我国首颗太阳探测卫星首次在航天器上应用磁悬浮技术，将平台舱与载荷舱物理隔离，阻断平台舱微振动对载荷工作的影响一、电流电流密度电流——大量电荷有规则的定向运动形成电流.电流强度——单位时间内通过某截面的电量.方向：规定为正电荷运动方向.大小：单位（SI）：安培（A）++++++:电子漂移速度的大小.由于：:金属导体中电子数密度.一、电流电流密度

电流强度只能从整体上反映导体内电流的大小.当遇到电流在粗细不均匀的导线或大块导体中流动的情况时，导体的不同部分电流的大小和方向都可能不一样.有必要引入电流密度矢量.该点正电荷运动方向.方向：电流密度：细致描述导体内各点电流分布情况.大小：单位时间内过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷.一、电流电流密度

恒定电流如果：单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内流入闭合曲面里电荷.

在稳恒电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，这种电场称稳恒电场。

例（1）若每个铜原子贡献一个自由电子，问铜导线中自由电子数密度为多少？（2）家用线路电流最大值15A，铜导线半径0.81mm此时电子漂移速率多少？（3）铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？解:课堂训练由于:一、电流电流密度二、电源电动势非静电力：能把正电荷从电势较低点（如电源负极板）送到电势较高点（如电源正极板）的作用力称为非静电力，记作Fk。非静电场强提供非静电力的装置就是电源.静电力欲使正电荷从高电位到低电位.非静电力欲使正电荷从低电位到高电位.+–一.非静电力二、电源电动势二、电源电动势方向：自负极经电源内部到正极的方向为正方向.由于电源外部Ek为零二.电动势

即电源电动势为单位正电荷绕闭合回路一周时，电源中非静电力所做的功.电动势描述电路中非静电力做功本领.电势差描述电路中静电力做功.

把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时，电源中非静电力所做的功.+–三、磁场磁感应强度一.磁的基本现象1.磁现象的一般认识

我国是世界上最早发现和应用天然磁现象的国家对磁现象的认识：(1)天然磁铁，磁极及相互作用，磁单极.(2)1820年奥斯特发现了电流的磁效应（载流导线周围小磁针偏转）(3)载流导线间或载流线圈间也有相互作用SNSN二.对磁现象的解释1、1822年安培提出分子电流假说：①能够很好的解释磁现象以及磁单极不能单独存在②解释和现代科学对磁现象的认识相吻合③假说认为：一切磁现象的根源是分子电流分子电流电荷的运动是一切磁现象的根源。等效环形电流三、磁场磁感应强度2、磁场①磁场是一种特殊形态的物质（渗透性和可叠加性）②磁场对外表现磁铁磁铁电流电流运动电荷运动电荷注意：静止电荷间只存在库仑作用

运动电荷间才同时有库仑作用和磁作用磁场三、磁场磁感应强度三.磁感应强度(MagneticInduction)1.磁感应强度的定义：对比静电场场强的定义

小实验：将一实验电荷射入磁场，运动电荷在磁场中会受到磁力作用。

q0

速度方向定义为

的方向（磁针N极）①时F达到最大值②SI单位：T（特斯拉）

磁感应强度是反映磁场性质的物理量，与引入到磁场的运动电荷无关。

q0④写成矢量式：─洛伦兹力③右手螺旋三、磁场磁感应强度知识拓展电动势物理意义的理解与应用1.电动势是描述电源性质的重要物理量。2.根据电动势的大小，电源可分为低电动势电源（1.5~3V），如常见的碱性电池和镍金属氢化物电池，通常用于遥控器、手电筒和便携式电子设备等低功率设备；中等电动势电源（3~12V），如锂离子电池和镍镉电池，适用于笔记本电脑、手机和平板电脑等设备；高电动势电源（12V以上），如铅酸电池和燃料电池，通常用于汽车、电动车和工业设备等高功率设备。科技与物理常见的磁场的应用1.磁悬浮技术一种利用磁场力使物体悬浮在空中的技术，从而实现与支撑表面的无接触。"羲和号"卫星采用磁悬浮技术，主要用于实现卫星内部的稳定悬浮，以此隔离振动，减少对敏感科学仪器的内部干扰。2.量子磁力仪是一种利用量子力学原理来实现高灵敏度磁场测量的仪器。我国首台自主研发的量子磁力仪载荷——“CPT原子磁场精密测量系统”于2022年7月27日搭载空间新技术试验卫星（SATech-01）成功发射。完成了全球磁场测量。掌握毕奥-萨伐尔定律的微积分表达式。理解毕奥-萨伐尔定律的物理本质——运动电荷产生的磁场。应用毕奥-萨伐尔定律计算一些常见的载流系统产生的磁场的磁感应强度。学

习

要

求6.2毕奥-萨伐尔定律情境与问题电磁起重机是利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置，可以应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等，主要由螺线管和铁芯组成。螺线管通电，电磁铁能把钢铁物品吸住；螺线管断电，钢铁物品落下。螺线管是否通电影响的是什么呢？一、毕奥-萨伐尔定律一.毕奥—萨伐尔（Biot-Savart）定律

载流导线中的电流为I，导线直径比到观察点P的距离小得多，即为线电流。在线电流上取长为的定向线元，规定方向与电流的方向相同，为电流元，是矢量。

电流元矢量

电流元矢量产生的磁场

电流元在给定点所产生的磁感应强度的大小与的大小成正比，与到电流元的距离平方成反比，与电流元和矢径夹角的正弦成正比。一、毕奥-萨伐尔定律

电流元矢量产生的磁场P*方向：右手螺旋法则真空磁导率——Biot-Savart定律的矢量微分形式.任意载流导线在点P

处的磁感强度——Biot-Savart定律的矢量积分形式.一、毕奥-萨伐尔定律说明

（1）该定律是在实验的基础上总结出来的，不能由实验直接证

明，但是由该定律出发得出的一些结果，却能很好地与实验符合.（2）电流元的方向即为电流的方向.

的方向由

与

确定，即用右手螺旋法则确定.(4)毕奥－萨伐尔定律是求解电流磁场的基本公式，利用该定律，原则上可以求解任何稳恒载流导线产生的磁感应强度。(5)在应用时，注意把方向和大小分开来考虑.二、毕奥-萨伐尔定律应用举例解题步骤:1.选取电流元—根据已知电流分布与待求场点的位置；2.选取合适的坐标系—要根据电流的分布与磁场分布的的特点来选取坐标系，其目的是要使数学运算简单；3.写出电流元的磁感应强度—毕奥－萨伐尔定律微分式4.计算磁感应强度的分布—叠加原理—积分；5.一般说来，需要将磁感应强度的矢量积分变为标量积分，并选取合适的积分变量，来统一积分变量。例题1.

载流长直导线的磁场解：

由于各电流元产生的磁场方向相同，所以整个导线磁场方向垂直纸面向里，其大小：在载流导线上选电流元0方向：如图，符合右手螺旋大小：毕奥-萨伐尔定律0讨论：磁感应强度

的方向，与电流成右手螺旋关系，拇指表示电流方向，四指给出磁场方向.无限长载流长直导线IBIBX电流与磁感强度成右螺旋关系半无限长载流长直导线例题1.

载流长直导线的磁场毕奥-萨伐尔定律例2

圆形载流导线轴线上的磁场.解：p*毕奥-萨伐尔定律电流与磁感强度成右螺旋关系方向：沿X轴正向.讨论：（1）若线圈有N匝

（2）（3）p*I例2

圆形载流导线轴线上的磁场.毕奥-萨伐尔定律

Ad(4)*推广组合R

(3)oIIRo

(1)xo

(2)RI×oI(5)*一、毕奥-萨伐尔定律三、磁偶极矩ISIS说明：只有当圆形电流的面积S很小，或场点距圆电流很远时，才能把圆电流叫做磁偶极子.圆形电流（分子电流）磁偶极矩：p*IS+×适用条件四、运动电荷的磁场

例4:

半径为的带电薄圆盘的电荷面密度为,并以角速度绕通过盘心垂直于盘面的轴转动，求圆盘中心的磁感强度.解法一

运动电荷的磁场解法二圆电流的磁场四、运动电荷的磁场知识拓展通电罗线管及其应用1、电磁起重机2、电磁阀门，当螺线管通电时，产生的磁场可以控制阀门的开启和关闭，实现流体或气体的控制3、电磁搅拌器，将通电螺线管放置在液态金属或其他液体中，通过磁场的作用可以实现液体的搅拌和搅拌控制。知识拓展通电罗线管及其应用科技与物理核磁共振技术的应用核磁共振技术是在化学和生物学领域广泛应用的先进研究方法，它利用核磁共振现象来揭示物质的结构。比如，通过测量样品中特定原子核的共振信号强度和化学位移来确定样品中的成分，通过测量不同化学位移的信号强度来推断各个原子之间的化学键的类型和数目，进而确定化学物质的结构；通过测量不同组织和生物样品中的核磁共振信号来获取有关生物结构和功能的信息，例如神经元活动、脑部结构等。核磁共振成像技术在医学领域的应用也日益广泛，已经成为肿瘤、心脏病以及脑血管疾病早期筛查的有力工具。核磁共振技术作为一种强大的研究工具，正不断得到改善和发展。近年来，随着超导技术的进步，核磁共振设备的分辨率得到了明显的提高。此外，结合其他分析技术，核磁共振技术有望在更多领域得到应用。近年来，经过持续不断的努力，我国自主研发的新一代核磁共振仪取得成功，如图6-15所示