磁场和磁感应强度.ppt

* §11-2 磁场和磁感应强度 磁现象的发现比电现象早很多。东汉王充“司南勺”，北宋沈括航海用指南针。 汉（公元前206－公元220年）。磁勺是用天然磁体磨成，置于地盘中心圆内，勺头为N，勺尾为S，静止时，因地磁作用，勺尾指向南方。 * 一、磁现象 (magnetic phenomenon) 1. 磁极及其相互作用 （1） 磁铁磁性最强区域称为磁极。磁铁指向北方的磁极为磁北极或N极；指向南方的为磁南极或S极； （2）同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引； （3）磁铁可以被分解的很小，并且每个小磁铁都具有N和S极，即磁极不能单独存在 * 磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓“磁单极子”。 寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一。 1820年奥斯特发现电流的磁效应后，人们才认识到磁与电的密切联系； 2. 一切磁性起源于电流 同年，安培发现了磁铁对电流的作用； 1821年，安培发现了电流与电流之间也能发生相互作用； * 另外，运动的电荷也存在磁效应 上述实验表明，电流与电流之间，磁铁与电流之间都存在力的作用，这种力称为磁力 同电荷周围有电场一样，磁铁和电流周围存在磁场 磁铁 电流 磁 场 磁铁 电流 磁力是通过磁场来传递的 * 3. 物质磁性的起源——安培分子电流假说 （1822） 一切磁现象都起源于电流，一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流。 分子电流相当于一个基元磁体，其磁场在轴线上的方向用右手定则来判断： I N S 安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。 * 物质磁性起源不能完全用经典理论来描述。量子理论表明，核外电子对磁性有一定的贡献，但物质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩，铁磁物质的强烈磁性则与相邻原子间电子自旋磁矩的交换作用有关。都不能用经典概念予以描述。 4. 磁场的讨论方法 点电荷 库仑定律 电场强度 电流元 安培定律 磁感应强度 * 二、安培定律 反映电流元与电流元之间的磁相互作用 1. 电流元 I 任意形状、大小的电流都是若干个电流元组成的。 a. 电流强度与线元的乘积： b. 矢量性：电流元的方向为 的方向 c. 与运动电荷等效 d. 非独立性 * 一、磁现象 (magnetic phenomenon) 1. 磁极及其相互作用 2. 物质磁性的起源——安培分子电流假说 一切磁现象都起源于电流，一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。 二、安培定律 1. 电流元 2. 安培定律 §11-2 磁场和磁感应强度 * 2. 安培定律 电流元与电流元之间的相互作用力其大小与两电流元的乘积成正比，与距离的平方成反比; 方向：根据右手螺旋定则来判断 真空中的磁导率 * 大小： 是 与 的夹角 是 与 方向由右手螺旋定则来判断 受 的作用力 * 例题1 求一对平行电流元之间的相互作用力 解： 同理： * 结论：1. 两平行电流元之间的相互作用大小相等，方向相反，吸引； 2.两反平行电流元之间的相互作用大小相等，方向相反，排斥。 * 例题2 求一对相互垂直电流元之间的相互作用力 解： × * 二、磁感应强度 (magnetic induction) 1. 电场强度矢量 库仑定律 如果q1是源电荷，q2是试探电荷，则 * 2.磁感应强度矢量（ ） 安培定律：电流元与电流元之间的相互作用 注意：在磁场中，电流元不独立存在，若把 视为试探电流元，则 在 所属的回路对该电流元的作用力就是 所受回路L1的作用力 L1 L2 * 其中： 定义： 为载流回路在电流元 处的磁感应强度 说明：对应于电场， 应该称为磁场强度，但历史的原因，已有 为磁场强度，故称 为磁感应强度 * 讨论： （1） 为矢量式，其标量式为 是 与 的夹角 （3）由于电流元与运动电荷等效 （2）对于任意载流回路在匀强磁场中所受力为 * 任意带电体在匀强磁场中所受的力： θ 方向：右手螺旋定则 称为洛伦兹力 （4）磁感应强度的单位 单位特斯拉(T),N?s?C-1?m-1,V?s?m