1、12-1基本磁现象基本磁现象一、电和磁一、电和磁1、magnetMagnesia2、“磁学之父磁学之父”-吉尔伯特吉尔伯特1820年奥斯特发现了电流的年奥斯特发现了电流的磁效应磁效应二、磁体：二、磁体：1.永久磁体永久磁体天然磁石：天然磁石：Fe3O4；人造磁体：人造磁体：Fe、Co、Ni 等合金等合金 巨大的磁体巨大的磁体 地球地球（1）.地磁场的性质地磁场的性质 地磁场不是个静止不变的地磁场不是个静止不变的场。地磁极相对于地理位置在场。地磁极相对于地理位置在慢慢地变化，在过去的八千万慢慢地变化，在过去的八千万年里，地磁场的方向已经翻转年里，地磁场的方向已经翻转了若干次，以五万年到几百万了若
2、干次，以五万年到几百万年为一周期重复，距现在最近年为一周期重复，距现在最近的翻转大约发生在一万二千四的翻转大约发生在一万二千四百年以前。地磁场的强度也在百年以前。地磁场的强度也在不断变化。从不断变化。从1670年以来，地年以来，地磁场强度已经下降了磁场强度已经下降了15%，按，按此速率，到此速率，到4000年地磁场的强年地磁场的强度将降为零。度将降为零。形成形成视频 极极 光光 （2）地磁场对）地磁场对生物界生物界的影响的影响地磁场的翻转影响生物界的进化。地磁场的翻转影响生物界的进化。7000万年前的一次翻转；万年前的一次翻转；7种种低等生物灭绝。低等生物灭绝。磁场与人类的一些疾病有关。磁场与
3、人类的一些疾病有关。人体磁场人体磁场 吃罐装蚕豆后小吃罐装蚕豆后小孩的腹部磁场图孩的腹部磁场图喝凉水后中年喝凉水后中年人腹部磁场图人腹部磁场图电焊工的肺电焊工的肺部磁场图部磁场图2.奥斯特实验奥斯特实验（1820年）年）通电导线附近的磁针受到力的作用而偏转。通电导线附近的磁针受到力的作用而偏转。AOST.AVI3、磁铁对通电直导线有作用力、磁铁对通电直导线有作用力（1820.8)4、安培实验：、安培实验：通电导线之间有相互作用通电导线之间有相互作用1820年提出安培定律年提出安培定律1821年提出年提出“分子电流分子电流”假说假说B1827年发表年发表电动力学理论电动力学理论“电学中的牛顿电学
4、中的牛顿”总结：总结：磁铁磁铁磁铁磁铁通电导线通电导线通电导线通电导线运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁感应强度磁感应强度一、磁场的方向：一、磁场的方向：导线导线INS小磁针受磁场作用静止后，极所指的方向称为小磁针受磁场作用静止后，极所指的方向称为该点的磁场方向该点的磁场方向二、磁感应强度二、磁感应强度亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈观测结果观测结果:0yzx磁场方向磁场方向(1)电子沿电子沿y轴方向运动轴方向运动,轨迹为一条直线轨迹为一条直线vBBvF,maxv0F(2)Bv圆周运动圆周运动0yzx磁场方向磁场方向vx轴轴Fz轴轴BvFm,(2)电子的运动方向与磁场方向有一电子的运动方向与磁场方向有
5、一夹角夹角,0yzx磁场方向磁场方向Fz轴轴v sinqvBFm磁感应强度的定义磁感应强度的定义:具有速度具有速度v的运动电荷的运动电荷q在磁场中一点所受到的磁在磁场中一点所受到的磁场力场力BvqF其中其中B称为该点的磁感应强度称为该点的磁感应强度B的的大小大小:sinqvBFB 方向方向:运动电荷受力为零时速运动电荷受力为零时速度的方向度的方向三、电场强度与磁感应强度的异同：三、电场强度与磁感应强度的异同：1、相同：都是从受力的角度引入的、相同：都是从受力的角度引入的 电场强度从场对电荷的作用力引入；电场强度从场对电荷的作用力引入；磁感应强度从运动电荷在磁场中的受力引入。磁感应强度从运动电荷
6、在磁场中的受力引入。2、不同：、不同：（1）电场方向与电荷的运动速度无关；）电场方向与电荷的运动速度无关；磁场方向与运动电荷的速度有关，并且符合右手磁场方向与运动电荷的速度有关，并且符合右手螺旋定则；螺旋定则；（2）电场是由点电荷激发的；）电场是由点电荷激发的；磁场是由运动电荷激发的；磁场是由运动电荷激发的；（3）单位不同：）单位不同：电场：电场：V/m，N/C；磁场：磁场：TGsT4101 地球赤道：地球赤道：B=3Gs；两极：；两极：B=6Gs地面附近：地面附近：B0.5Gs永久磁铁永久磁铁:B=0.40.7T超导磁体超导磁体:B=8T20T12-4毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律一、毕奥一
7、、毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 1820年在法国科学院讨论会上，毕奥、萨伐年在法国科学院讨论会上，毕奥、萨伐尔演示奥斯特实验。尔演示奥斯特实验。1820年九月，毕奥、萨伐尔发表了测定长直年九月，毕奥、萨伐尔发表了测定长直载流导线激发磁场的磁感应强度的结果载流导线激发磁场的磁感应强度的结果任意电流元任意电流元lId在空间一点在空间一点p产生的磁场：产生的磁场：304rrlIdBdIlIdrp 拉普拉斯证明了任意线电流产生的总磁感应强度可拉普拉斯证明了任意线电流产生的总磁感应强度可以通过矢量叠加来计算以通过矢量叠加来计算LLrrlIdBdB304例例1：载流直导线的磁场分布载流直导线的磁场分布已知：
8、已知：I 求：求：BIoxyzpa解解:(1)首先建立坐标系首先建立坐标系:IoxyzlIdrpa该电流元在该电流元在p点产生的磁场点产生的磁场:304rrzIdBd(2)取电流元取电流元zId大小大小:20sin4rIdzdB(3)变量代换变量代换:atgz secar cossinIoxyzlIdrp12a(4)p点的磁场点的磁场:dBB214cos0adIadIdB4cos0120sinsin4aI旋转方向与电流方向相同旋转方向与电流方向相同时时,为正为正讨论：讨论：（1）对无限长载流直导线）对无限长载流直导线2122poa12（2）直导线延长线上）直导线延长线上?B无限长载流直导线无限
9、长载流直导线IIaIB20例例2：载流圆环轴线上的磁场分布载流圆环轴线上的磁场分布oxIlId lId rr pBd Bd r 解解:(1)建坐标系建坐标系0 x(2)关于轴线对称关于轴线对称的取电流元的取电流元两电流元产生合磁两电流元产生合磁场方向沿场方向沿x轴正向轴正向,垂直垂直x轴方向分量轴方向分量相互抵消相互抵消(3)p点磁场点磁场:oxIlId lId rr pBd Bd r xdBB204sinrIdl3202rIRRrIdlR203042322202RxIRiRxIRB2322202讨论：讨论：（1）圆心处）圆心处iRIB2000 x半圆环中心处半圆环中心处iRIB40圆环中心处
10、圆环中心处41iRIB240轴线上一点轴线上一点p的磁场的磁场:（2）载流圆环在远离圆环处产生磁场：）载流圆环在远离圆环处产生磁场：ixIRB3202引入矢量引入矢量neISm302 xmB（3）多个圆环叠在一起，）多个圆环叠在一起，N匝，匝，N匝线圈在环心产生磁场：匝线圈在环心产生磁场：RINNBB200（4）.组合载流体产生的磁场组合载流体产生的磁场O IOR1R2I11 3 磁场的高斯定理磁场的高斯定理一、磁感线一、磁感线1.定义定义几种典型的载流导线的磁感线几种典型的载流导线的磁感线1、磁感应线的性质：、磁感应线的性质：（1）磁感应现在空中不会相交；）磁感应现在空中不会相交；（2）磁感
11、应线是无头无尾的闭合曲线，或从无穷远）磁感应线是无头无尾的闭合曲线，或从无穷远到无穷远；到无穷远；（3）磁感应线的环绕方向与电流流向形成右手螺旋）磁感应线的环绕方向与电流流向形成右手螺旋的关系；的关系；2、磁单极子：、磁单极子：磁场是运动电荷激发的磁场是运动电荷激发的二、磁场高斯定理二、磁场高斯定理1、磁通量：、磁通量：通过一给定曲面的总磁感应线数，称为通过通过一给定曲面的总磁感应线数，称为通过该曲面的磁通量该曲面的磁通量2、高斯定理：、高斯定理：0SsdB0 B通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零无源场无源场作业：作业：P41习题集习题集（一）（一）1（二）（二）3，4
