2022-2023学年高二物理竞赛课件：恒定磁场

恒 定 磁 场 恒 定 磁 场 运动电荷（电流）在其周围空间除产生电场外还产生磁场。 历史上很长一段时期，电现象和磁现象的研究彼此独立。 1820年 奥斯特：电流可使小磁针偏转； 法拉第：磁铁对电流有作用力。 磁场也是物质存在的一种形式。 本章主要讨论恒定电流产生的磁场—恒定磁场。 主要内容： (1) 磁感应强度矢量； (2) 磁场对运动电荷和电流的作用； (3) 磁场的计算、毕奥—萨伐尔定律； (4) 磁场的高斯定理； (5) 磁场的安培环路定理。 1、基本磁现象： 磁性：磁体可吸引铁、镍、钴等物质的性质。 同名磁极相斥，异名磁极相吸。 磁极：磁体上磁性最强处（N极、S极）。 磁极不可分，总是成对出现。 地磁： 地磁北极在地理南极附近； 地磁南极在地理北极附近。 以小磁针北极（N极）的指向定义为磁场的方向。 通电螺线管与磁铁棒有相似的磁性。 安培分子电流假设： 组成磁铁棒的最小单元（基元磁体）为分子环形电流，当它们定向排列时，在磁铁棒表面产生束缚电流，与螺线管导线内电流相似。 N S N S 结论：一切磁现象的本源是运动电荷（电流）。 电流 磁场 电流 2、磁感应强度 ： + + q 磁场方向 N S + + q + + q θ 结果： (1) (2) 定义： (1) 的大小： (2) 的方向： 与小磁针北极指向相同。 的单位：特斯拉 高斯 磁感应线的切线方向指向磁场方向。 通过单位垂直面积的磁感应线数等于磁感应强度的大小。 线性质： 任何两条磁感应线不相交； 磁感应线都是围绕电流的闭合曲线。 I I 磁感应线（ 线）： （图12-2） 安培环路定理： (1) 闭合回路包围无限长载流直导线，回路平面垂直于电流： 若回路绕行方向相反，则： I r  (2) 闭合回路不包围电流： I r  安培环路定理：磁感强度沿任意闭合曲线的积分，等于穿过该曲线内所有电流的代数和乘以μ0 ,与曲线外电流无关。 当回路绕行方向与电流方向符合右螺旋法则时，I > 0 ；反之，I < 0 。  安培环路定理中，环路上的 是环路内、外电流共同产生的。所以， 的环流为零，并不表示环路上的 处处为零。 I1 I2 l l ΣI =( I2−I1 ) ΣI = 0 安培环路定理的应用： 螺线管密绕时，磁感应线全部穿过螺线管内，螺线管外中部附近磁感强度近似为零。 螺线管内中部附近磁场是均匀的。 (1) 载流长直螺线管内的磁场：（n、I） (2) 载流螺绕环内、外的磁场：（N、I）                                                    l N, I r1 r r2 o 螺绕环密绕时，磁场全部集中在环内，环外无磁场。 由对称性：磁感应线为一系列同心圆环，取半径为 r的磁感应线为环路，则： 即环内： 当r2−r1<<r1,r2时，取螺绕环平均半径为R，则： (3) 无限长载流圆柱体内、外的磁场：（R、I） r r R l I R r o B 由对称性：圆柱体内、外的磁感应线都是垂直于轴线的同心圆。取任以磁感应线为积分环路，则：  r < R 时：   r > R 时：  $