授課教師XXX第六章穩(wěn)恒磁場(chǎng)第一節(jié)恒定電流磁感應(yīng)強(qiáng)度第二節(jié)畢奧-薩伐爾定律第三節(jié)磁通量磁場(chǎng)的高斯定理第六章穩(wěn)恒磁場(chǎng)第四節(jié)安培環(huán)路定理第五節(jié)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第六節(jié)磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用第七節(jié)磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)6.1恒定電流磁感應(yīng)強(qiáng)度掌握恒定電流、電流密度的含義及其微觀表達(dá)形式。掌握電動(dòng)勢(shì)的物理意義。了解基本磁現(xiàn)象及其微觀機(jī)制，掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問(wèn)題磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用：

科研探索

工業(yè)生產(chǎn)

日常生活什么是磁懸浮技術(shù)呢？“羲和號(hào)”我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星首次在航天器上應(yīng)用磁懸浮技術(shù)，將平臺(tái)艙與載荷艙物理隔離，阻斷平臺(tái)艙微振動(dòng)對(duì)載荷工作的影響一、電流電流密度電流——大量電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)形成電流.電流強(qiáng)度——單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的電量.方向：規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)方向.大?。?jiǎn)挝唬⊿I）：安培（A）++++++:電子漂移速度的大小.由于：:金屬導(dǎo)體中電子數(shù)密度.一、電流電流密度

電流強(qiáng)度只能從整體上反映導(dǎo)體內(nèi)電流的大小.當(dāng)遇到電流在粗細(xì)不均勻的導(dǎo)線或大塊導(dǎo)體中流動(dòng)的情況時(shí)，導(dǎo)體的不同部分電流的大小和方向都可能不一樣.有必要引入電流密度矢量.該點(diǎn)正電荷運(yùn)動(dòng)方向.方向：電流密度：細(xì)致描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電流分布情況.大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)過(guò)該點(diǎn)且垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電荷.一、電流電流密度

恒定電流如果：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)閉合曲面向外流出的電荷，等于此時(shí)間內(nèi)流入閉合曲面里電荷.

在穩(wěn)恒電流情況下，導(dǎo)體內(nèi)電荷的分布不隨時(shí)間改變。不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變的電場(chǎng)，這種電場(chǎng)稱穩(wěn)恒電場(chǎng)。

例（1）若每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子，問(wèn)銅導(dǎo)線中自由電子數(shù)密度為多少？（2）家用線路電流最大值15A，銅導(dǎo)線半徑0.81mm此時(shí)電子漂移速率多少？（3）銅導(dǎo)線中電流密度均勻，電流密度值多少？解:課堂訓(xùn)練由于:一、電流電流密度二、電源電動(dòng)勢(shì)非靜電力：能把正電荷從電勢(shì)較低點(diǎn)（如電源負(fù)極板）送到電勢(shì)較高點(diǎn)（如電源正極板）的作用力稱為非靜電力，記作Fk。非靜電場(chǎng)強(qiáng)提供非靜電力的裝置就是電源.靜電力欲使正電荷從高電位到低電位.非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位.+–一.非靜電力二、電源電動(dòng)勢(shì)二、電源電動(dòng)勢(shì)方向：自負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極的方向?yàn)檎较?由于電源外部Ek為零二.電動(dòng)勢(shì)

即電源電動(dòng)勢(shì)為單位正電荷繞閉合回路一周時(shí)，電源中非靜電力所做的功.電動(dòng)勢(shì)描述電路中非靜電力做功本領(lǐng).電勢(shì)差描述電路中靜電力做功.

把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)，電源中非靜電力所做的功.+–三、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度一.磁的基本現(xiàn)象1.磁現(xiàn)象的一般認(rèn)識(shí)

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用天然磁現(xiàn)象的國(guó)家對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)：(1)天然磁鐵，磁極及相互作用，磁單極.(2)1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)（載流導(dǎo)線周圍小磁針偏轉(zhuǎn)）(3)載流導(dǎo)線間或載流線圈間也有相互作用SNSN二.對(duì)磁現(xiàn)象的解釋1、1822年安培提出分子電流假說(shuō)：①能夠很好的解釋磁現(xiàn)象以及磁單極不能單獨(dú)存在②解釋和現(xiàn)代科學(xué)對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)相吻合③假說(shuō)認(rèn)為：一切磁現(xiàn)象的根源是分子電流分子電流電荷的運(yùn)動(dòng)是一切磁現(xiàn)象的根源。等效環(huán)形電流三、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度2、磁場(chǎng)①磁場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)（滲透性和可疊加性）②磁場(chǎng)對(duì)外表現(xiàn)磁鐵磁鐵電流電流運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷注意：靜止電荷間只存在庫(kù)侖作用

運(yùn)動(dòng)電荷間才同時(shí)有庫(kù)侖作用和磁作用磁場(chǎng)三、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度三.磁感應(yīng)強(qiáng)度(MagneticInduction)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：對(duì)比靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的定義

小實(shí)驗(yàn)：將一實(shí)驗(yàn)電荷射入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁力作用。

q0

速度方向定義為

的方向（磁針N極）①時(shí)F達(dá)到最大值②SI單位：T（特斯拉）

磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，與引入到磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)電荷無(wú)關(guān)。

q0④寫(xiě)成矢量式：─洛倫茲力③右手螺旋三、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度知識(shí)拓展電動(dòng)勢(shì)物理意義的理解與應(yīng)用1.電動(dòng)勢(shì)是描述電源性質(zhì)的重要物理量。2.根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的大小，電源可分為低電動(dòng)勢(shì)電源（1.5~3V），如常見(jiàn)的堿性電池和鎳金屬氫化物電池，通常用于遙控器、手電筒和便攜式電子設(shè)備等低功率設(shè)備；中等電動(dòng)勢(shì)電源（3~12V），如鋰離子電池和鎳鎘電池，適用于筆記本電腦、手機(jī)和平板電腦等設(shè)備；高電動(dòng)勢(shì)電源（12V以上），如鉛酸電池和燃料電池，通常用于汽車、電動(dòng)車和工業(yè)設(shè)備等高功率設(shè)備?？萍寂c物理常見(jiàn)的磁場(chǎng)的應(yīng)用1.磁懸浮技術(shù)一種利用磁場(chǎng)力使物體懸浮在空中的技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)與支撐表面的無(wú)接觸。"羲和號(hào)"衛(wèi)星采用磁懸浮技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星內(nèi)部的穩(wěn)定懸浮，以此隔離振動(dòng)，減少對(duì)敏感科學(xué)儀器的內(nèi)部干擾。2.量子磁力儀是一種利用量子力學(xué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)高靈敏度磁場(chǎng)測(cè)量的儀器。我國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)的量子磁力儀載荷——“CPT原子磁場(chǎng)精密測(cè)量系統(tǒng)”于2022年7月27日搭載空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（SATech-01）成功發(fā)射。完成了全球磁場(chǎng)測(cè)量。掌握畢奧-薩伐爾定律的微積分表達(dá)式。理解畢奧-薩伐爾定律的物理本質(zhì)——運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)。應(yīng)用畢奧-薩伐爾定律計(jì)算一些常見(jiàn)的載流系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。學(xué)

習(xí)

要

求6.2畢奧-薩伐爾定律情境與問(wèn)題電磁起重機(jī)是利用電磁鐵來(lái)搬運(yùn)鋼鐵材料的裝置，可以應(yīng)用在廢鋼鐵回收部門(mén)和煉鋼車間等，主要由螺線管和鐵芯組成。螺線管通電，電磁鐵能把鋼鐵物品吸住；螺線管斷電，鋼鐵物品落下。螺線管是否通電影響的是什么呢？一、畢奧-薩伐爾定律一.畢奧—薩伐爾（Biot-Savart）定律

載流導(dǎo)線中的電流為I，導(dǎo)線直徑比到觀察點(diǎn)P的距離小得多，即為線電流。在線電流上取長(zhǎng)為的定向線元，規(guī)定方向與電流的方向相同，為電流元，是矢量。

電流元矢量

電流元矢量產(chǎn)生的磁場(chǎng)

電流元在給定點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與的大小成正比，與到電流元的距離平方成反比，與電流元和矢徑夾角的正弦成正比。一、畢奧-薩伐爾定律

電流元矢量產(chǎn)生的磁場(chǎng)P*方向：右手螺旋法則真空磁導(dǎo)率——Biot-Savart定律的矢量微分形式.任意載流導(dǎo)線在點(diǎn)P

處的磁感強(qiáng)度——Biot-Savart定律的矢量積分形式.一、畢奧-薩伐爾定律說(shuō)明

（1）該定律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，不能由實(shí)驗(yàn)直接證

明，但是由該定律出發(fā)得出的一些結(jié)果，卻能很好地與實(shí)驗(yàn)符合.（2）電流元的方向即為電流的方向.

的方向由

與

確定，即用右手螺旋法則確定.(4)畢奧－薩伐爾定律是求解電流磁場(chǎng)的基本公式，利用該定律，原則上可以求解任何穩(wěn)恒載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。(5)在應(yīng)用時(shí)，注意把方向和大小分開(kāi)來(lái)考慮.二、畢奧-薩伐爾定律應(yīng)用舉例解題步驟:1.選取電流元—根據(jù)已知電流分布與待求場(chǎng)點(diǎn)的位置；2.選取合適的坐標(biāo)系—要根據(jù)電流的分布與磁場(chǎng)分布的的特點(diǎn)來(lái)選取坐標(biāo)系，其目的是要使數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)單；3.寫(xiě)出電流元的磁感應(yīng)強(qiáng)度—畢奧－薩伐爾定律微分式4.計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布—疊加原理—積分；5.一般說(shuō)來(lái)，需要將磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量積分變?yōu)闃?biāo)量積分，并選取合適的積分變量，來(lái)統(tǒng)一積分變量。例題1.

載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)解：

由于各電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，所以整個(gè)導(dǎo)線磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，其大小：在載流導(dǎo)線上選電流元0方向：如圖，符合右手螺旋大?。寒厞W-薩伐爾定律0討論：磁感應(yīng)強(qiáng)度

的方向，與電流成右手螺旋關(guān)系，拇指表示電流方向，四指給出磁場(chǎng)方向.無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線IBIBX電流與磁感強(qiáng)度成右螺旋關(guān)系半無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線例題1.

載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)畢奧-薩伐爾定律例2

圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng).解：p*畢奧-薩伐爾定律電流與磁感強(qiáng)度成右螺旋關(guān)系方向：沿X軸正向.討論：（1）若線圈有N匝

（2）（3）p*I例2

圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng).畢奧-薩伐爾定律

Ad(4)*推廣組合R

(3)oIIRo

(1)xo

(2)RI×oI(5)*一、畢奧-薩伐爾定律三、磁偶極矩ISIS說(shuō)明：只有當(dāng)圓形電流的面積S很小，或場(chǎng)點(diǎn)距圓電流很遠(yuǎn)時(shí)，才能把圓電流叫做磁偶極子.圓形電流（分子電流）磁偶極矩：p*IS+×適用條件四、運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)

例4:

半徑為的帶電薄圓盤(pán)的電荷面密度為,并以角速度繞通過(guò)盤(pán)心垂直于盤(pán)面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，求圓盤(pán)中心的磁感強(qiáng)度.解法一

運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)解法二圓電流的磁場(chǎng)四、運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)知識(shí)拓展通電羅線管及其應(yīng)用1、電磁起重機(jī)2、電磁閥門(mén)，當(dāng)螺線管通電時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)流體或氣體的控制3、電磁攪拌器，將通電螺線管放置在液態(tài)金屬或其他液體中，通過(guò)磁場(chǎng)的作用可以實(shí)現(xiàn)液體的攪拌和攪拌控制。知識(shí)拓展通電羅線管及其應(yīng)用科技與物理核磁共振技術(shù)的應(yīng)用核磁共振技術(shù)是在化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的先進(jìn)研究方法，它利用核磁共振現(xiàn)象來(lái)揭示物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。比如，通過(guò)測(cè)量樣品中特定原子核的共振信號(hào)強(qiáng)度和化學(xué)位移來(lái)確定樣品中的成分，通過(guò)測(cè)量不同化學(xué)位移的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)推斷各個(gè)原子之間的化學(xué)鍵的類型和數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；通過(guò)測(cè)量不同組織和生物樣品中的核磁共振信號(hào)來(lái)獲取有關(guān)生物結(jié)構(gòu)和功能的信息，例如神經(jīng)元活動(dòng)、腦部結(jié)構(gòu)等。核磁共振成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，已經(jīng)成為腫瘤、心臟病以及腦血管疾病早期篩查的有力工具。核磁共振技術(shù)作為一種強(qiáng)大的研究工具，正不斷得到改善和發(fā)展。近年來(lái)，隨著超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步，核磁共振設(shè)備的分辨率得到了明顯的提高。此外，結(jié)合其他分析技術(shù)，核磁共振技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷的努力，我國(guó)自主研發(fā)的新一代核磁共振儀取得成功，如圖6-15所示