1、Email: ,参 考 书,1物理学教程（上下），马文蔚主编，高等教育出版社（2002）,2大学物理学（上下），王少杰 顾 牡主编，同济大学出版社（2006第三版）,3简明物理学教程（上下），麻文军等主编，哈尔滨工程大学出版社（2007）,4大学物理学(B版) 张三慧主编，清华大学出版社（2008）,5 费恩曼物理学讲义 上海科学技术出版社（2005）,本学期教学时数：64学时,本学期教学内容： 1.稳恒磁场 2.电磁感应 3.气体分子动理论 4.热力学 5.相对论与量子力学基础,答疑时间：周二、周四下午2：30 4：30地点：理学楼物理答疑室（二楼234）（第三周开始,十七周结束）,中国国家
2、博物馆根据三国志注引魏略 和宋史舆服志所传造法复制的指南车模型。它的机械原理是利用齿轮的传动作用，在车子改变方向时前辕随之转动，后辕绳索提落，变换齿轮系的组合，使车上 木人保持既定方向。 但车轮的旋转要有一定规律；必须是以一个车轮为中心，另一个车轮为半径的就地旋转，才能使木人所指不误。,王振铎据论衡等书记载并参照出土汉代地盘研究复制的司南模型一种勺形磁性指向器，现藏国家博物馆。目前国内的教科书和辞书都将司南等同于指南针，至少是其前身或祖型。,第六章 稳恒磁场,6. 1 基本磁现象和基本规律,地球的磁场与一个棒状磁体的磁场相似，地磁轴与自转轴的交角为11.50，地磁两极在地面上的位置是经常变化的
3、。,一、磁铁的性质：,（1）磁极：磁铁中磁性较强的区域中性区：无磁性 的区域。磁极的分类：南极、北极。,（2）磁力：磁铁之间的作用力。“同性相斥，异性相吸”,（3） 自然界中不可能单独存在N、S极,二、磁的库仑定律：,三、电与磁的联系（电流的磁效应）,(1)著名的奥斯特实验,(2) 磁铁对电流有作用,(3) 电流对电流有作用,(4)载流线圈的行为象一块磁铁,结论：运动的电荷可以产生磁效应！,法国物理学家，电动力学的创始人。少年时期主要跟随 父亲学习技艺，没有受过正规系统的教育。安培自幼聪慧过人，对事务有敏锐的观察力。他兴趣广泛，爱好多方面的科学知识。1799年安培开始系统研究数学，1805年定
4、居巴黎，担任法兰西学院的物理教授，1814年参加了法国科学会，1818年担任巴黎大学总督学，1827年被选为英国皇家学会会员。他还是柏林科学院和斯德哥尔摩科学院院士。安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特别在电磁学方面的贡献尤 为卓著。从1814年参加科学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列 的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发展。1827年他首先推导出了电动 力学的基本公式，建立了电动力学的基本理论，成为电动力学的创始人。安培善于深入研究他所发现的各种规律，并且善于应用数学进行定量分析 。1822年在科学学会上，他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学 中，这是一个重要的基本定
5、律之一。安培的研究工作结束了磁是一种特殊物 质的观点，使电磁学开始走上了全面发展的道路。为了纪念他的贡献，以他 的名字命名了电流的单位。,安培(Andre-Marie Ampere, 1775-1836),四、安培假说,假说：一切磁现象都起源于电流。在磁性物质分子中，存在着回路电流，称分子电流，它相当于一个基元磁铁。若将这些分子电流定向地排列起来，宏观上显示出N、S 极来。,6. 2 磁 场 磁感应强度,一、磁 场,任何运动电荷或电流，在其周围空间均产生磁场,特点:（1）矢量场，既有大小，又有方向。（2）对磁场中的运动电荷或电流有力的作用。（3）载流导体在磁场中运动时，磁力对其作功。,在引入磁
6、场概念后，所有的相互作用都是通过磁场来进行传递的。,二、磁感应强度 （通过磁场对载流线圈的作用引入）,2. 由平衡位置转900，此时线圈所受力矩最大，且对给定点来 说 Mmax Pm，而Mmax/ Pm仅与线圈所在位置有关、与线圈无关。即：反映了磁场自身性质的物理量。,磁感强度 的另定 义,实验发现带电粒子在磁场中沿某一特定直线方向运动时不受力，此直线方向与电荷无关.,带电粒子在磁场中沿其他方向运动时 垂直于 与特定直线所组成的平面.,当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时受力最大.,磁感强度 的定义 当正电荷垂直于 特定直线运动时，受力 将 方向定义为该点的 的方向.,磁感强度大小,规定：
7、曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度 B 的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感强度 B 的大小.,1、 磁 力 线,6. 3 磁力线 磁通量 磁场中的高斯定理,2、 磁通量,磁力线的性质: （1）是一组无头、无尾的闭合曲线； （2）闭合的磁力线与电流回路相互套在一起； （3）磁力线与电流的方向相互满足右手螺旋法则。,磁通量：通过某一曲面的磁感线数为通过此曲面的磁通量.,均匀磁场通过垂直平面,单位,均匀磁场通过非垂直平面,非均匀磁场通过任意曲面,物理意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零（故磁场是无源的.）,磁场高斯定理,(电流元在空间产生的磁场),真空磁导率,6. 4 毕奥萨伐尔定律,+,
8、+,+,1、5 点 ：,3、7点 ：,2、4、6、8 点 ：,毕奥萨伐尔定律,例1 载流长直导线的磁场.,解:,方向均沿 x 轴的负方向,毕奥-萨伐尔定律应用举例,的方向沿 x 轴的负方向.,无限长载流长直导线的磁场:,电流与磁感强度成右螺旋关系,无限长载流长直导线的磁场,半无限长载流长直导线的磁场:,练习1、 如图宽为2a的无限长载流薄板，均匀通有电流I, 试求：与其共面且到薄板一边距离为b的P点的磁感应强度.,I,真空中 , 半径为R 的载流导线 , 通有电流I , 称圆电流. 求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.,解 根据对称性分析,例2 圆形载流导线的磁场.,p,*,+,练习、
9、 如图载流长直导线的电流为I, 试求通过矩形面积的 磁通量.,解:,练习2、如图，I 长直导线与直角三角形共面，已知：AC=b, 且与 I 平行, BC=a,当 B 点与长直导线的距离为 d 时.求：通过三角形面积的磁通量.,解: 斜边AB的方程为,取图示面元：dSydx，则,y,练习3、试求以下各图中圆心处的磁感应强度(图中圆半 径均为R，电流均为I ),解：利用 得,方向,方向,设园弧l1 、l2的电流分别为I1 、I2 ，则有：,因,所以,方向,练习4、在一无限长的半径为R 的半圆柱体金属薄片中， 自上而下地流有电流 I。求：圆柱轴线上任一点的磁感应强度.,俯视图,例3 载流直螺线管的磁
10、场,如图所示，有一长为l , 半径为R的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为N，通有电流I. 设把螺线管放在真空中，求:管内轴线上一点处的磁感强度.,解 由圆形电流磁场公式,(2) 无限长的螺线管,(2) 半无限长的螺线管,练习5、一多层密绕螺线管内半径为R1，外半径为R2，长2l. 设 其总匝数为N，导线中流有电流为I. 求：该螺线管中心 O点的磁感强度,解：如图所示，取微分元 dr,电流密度：,由：,其中：,所以：,6. 5 运动电荷的磁场,电流的磁效应告诉我们：电流能够激发磁场，而电流是电荷定向移动所形成的，所以电流的磁场既是运动电荷产生场的矢量迭加。,由毕奥萨伐尔定律：,代入毕奥萨伐尔定律得：,即运动电荷产生的磁场：,补充：运载电流及磁感应强度求解,电流的分类：传导电流、运载电流。,练习2、有一闭合回路由半径为a和b的两个同心共面半圆连接而成，如图其上均匀分布线密度为 的电荷，当回路以匀角速度 绕过O点垂直于回路平面的轴转动时，求:圆心O点处的磁感强度的大小,解：(1) 对qq +dq 弧元，,，旋转形成圆电流,它在O点的磁感强度dB为：,方向向上,(2),方向向上,
