第五章恒定电流的磁场..docVIP

第五章 恒定电流的磁场 一、目的要求 （1）深刻理解磁场、磁感应强度、磁力线、磁通量等概念。 （2）深刻理解磁高斯定理、磁环路定理的意义。 （3）熟练掌握求磁感应强度的各种方法。 （4）深刻理解磁场对电流和运动电荷的作用。 （5）能熟练求解安培力和洛仑兹力。 二、教学内容 第一节 磁场 运动电荷的磁场（2学时） 第二节 电流的磁场 毕-萨定律（2学时） 第三节 高斯定理 环路定理（2学时） 第四节 磁场对电流的作用（2学时） 第五节 磁场对运动电荷的作用（2学时） 三、教材分析 运动电荷(电流)周围不仅有电场，而且还有磁场，由稳恒电流产生的磁场是不随时间变化的磁场，称作稳恒磁场。本章和静电场一章非常相似，先引入磁场的概念，再介绍性质，最后研究磁场对电流或运动电荷的作用，这就是安培力和洛仑兹力。 四、重点难点 本章的重点和难点都是如何运用高斯定理和磁环路定理去求解磁感应强度B 。 第一节 磁场 运动电荷的磁场 一、教学内容 （1）磁场 （2）磁感应强度 （3）运动电荷的磁场 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 1.磁场 磁铁有磁性，即有吸引铁、钴、镍等磁性物质的性质； 磁铁有磁极N极和S极，磁极间有相互作用力，同性相斥，异性相吸； 运动电荷和电流对磁针有作用； 磁铁对运动电荷和电流也有作用； ⑤ 运动电荷和电流与运动电荷和电流之间都有相互作用等。由此而得，磁铁周围有磁场，运动电荷和电流周围也有磁场，它们之间的相互作用是通过磁场进行的，而非超距作用，安培磁性起源假设表明：一切磁现象的根源都是运动电荷(电流)， 2.磁感应强度 为了表征磁场的强弱及分布，引入物理量磁感应强度，用B表示，单位是特斯拉(T)，1T＝1N·A·m。关于B的定义有各种不同的方法，有的用电流在磁场中受的力来定义，有的用通电线圈在磁场中受的力矩来定义，为了更好地反映磁场的本质，且与电场强度E的定义相对应，我们定义：磁感应强度B为单位运动正电荷qv在磁场中受到的最大力F，即 实验证明磁场像电场一样，也满足叠加原理 B =∑B 或 B =∫dB 3.运动电荷所产生的磁场 大量的实验证实，运动电荷产生的磁感应强度B与电量以及运动速度v成正比，与场点到运动电荷的距离r的平方成反比，而且与运动方向和r方向夹角的正弦成正比，其表达式为 式中叫真空的磁导率，=4π×10N·A， r为电荷q到场点的单位矢量。 （a）b） (c) 例题１：氢原子的电子如上图 (c)所示，以v＝2.2×10m／s，r＝0.53×10m,作匀速圆周运动，试求运动的电子在其中心的磁感应强度? 四、板书设计 （见多媒体光盘） 五、练习作业 思考题：1－3 作 业：0 第二节 电流的磁场 毕-萨定律 一、教学内容 （1）电流的磁场 （2）毕-萨定律 （3）毕-萨定律的应用 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 1．电流的磁场 电流周围有磁场，稳恒电流的磁场是稳恒磁场。由于稳恒电流总是闭合的，且形状各异，所以要想求得总磁场分布，必须先研究一小段电流的磁场。沿电流方向取一小段电流Idl,称作电流元。设导线的截面积为S，电荷数密度为n，每个电荷带＋q′电量，电荷的运动速度为ｖ，与电流同方向，所以Idl=Nq’/tdl=nsvq’dl=qv, 代入(9.2)式得 dB = 称作毕奥－萨伐尔定律。 毕－萨定律可以从运动电荷的磁场公式中推得，而它也是一个实验定律，虽然电流元不可能单独存在，但大量间接的实验都证明了它的正确性。 毕－萨定律在磁场中像库仑定律在电场中一样，是一条最基本的定律，无论从形式上还是意义上都有十分相似之处，比较如下： 库仑定律 毕－萨定律 dE = dB = 电场产生于电荷 磁场产生于电流 系数 系数 与电荷元dq成正比 与电流元Idl成正比 与距离r的平方成反比 与距离r的平方成反比 是电场的一条基本定律 是磁场的一条基本定律 但必须注意：与的意义及E和B的方向上的不同。 毕-萨定律是求磁感应强度的基本办法，原则上对所有问题通过场强叠加都可应用它求得，其解题步骤与利用叠加原理求E相似，为“选取Idl,写出dB，投影积分，解算讨论