磁场对电流作用.ppt

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1、磁场对电流作用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 安培安培安培安培(Andre-Marie(Andre-Marie(Andre-Marie(Andre-Marie Ampere,1775-1836),Ampere,1775-1836),Ampere,1775-1836),Ampere,1775-1836),法国物法国物法国物法国物理学家，电动力学的创始人。理学家，电动力学的创始人。理学家，电动力学的创始人。理学家，电动力学的创始人。少年时期主要跟随父

2、亲学习技少年时期主要跟随父亲学习技少年时期主要跟随父亲学习技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。艺，没有受过正规系统的教育。艺，没有受过正规系统的教育。艺，没有受过正规系统的教育。安培自幼聪慧过人，对事务有安培自幼聪慧过人，对事务有安培自幼聪慧过人，对事务有安培自幼聪慧过人，对事务有敏锐的观察力。他兴趣广泛，敏锐的观察力。他兴趣广泛，敏锐的观察力。他兴趣广泛，敏锐的观察力。他兴趣广泛，爱好多方面的科学知识。爱好多方面的科学知识。爱好多方面的科学知识。爱好多方面的科学知识。1799179917991799年安培开始系统研究数学，年安培开始系统研究数学，年安培开始系统研究数学，年

3、安培开始系统研究数学，1805180518051805年定居巴黎，担任法兰西年定居巴黎，担任法兰西年定居巴黎，担任法兰西年定居巴黎，担任法兰西学院的物理教授，学院的物理教授，学院的物理教授，学院的物理教授，1814181418141814年参加年参加年参加年参加了法国科学会，了法国科学会，了法国科学会，了法国科学会，1827182718271827年被选为年被选为年被选为年被选为英国皇家学会会员。他还是柏英国皇家学会会员。他还是柏英国皇家学会会员。他还是柏英国皇家学会会员。他还是柏林科学院和斯德哥尔摩科学院林科学院和斯德哥尔摩科学院林科学院和斯德哥尔摩科学院林科学院和斯德哥尔摩科学院院士。院士

4、。院士。院士。上页上页下页下页退出退出返回返回1 安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特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。从别在电磁学方面的贡献尤为卓著。从别在电磁学方面的贡献尤为卓著。从别在电磁学方面的贡献尤为卓著。从1814181418141814年参加科年参加科年参加科年参加科学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列学会开始，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

5、了电磁学的迅速发展。的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发展。的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发展。的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发展。1827182718271827年他首先推导出了电动力学的基本公式，建立年他首先推导出了电动力学的基本公式，建立年他首先推导出了电动力学的基本公式，建立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。了电动力学的基本理论，成为电动力学的创始人。了电动力学的基本理论，成为电动力学的创始人。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，并且安培善于深入研究他所发现的各种规律，并且安培善

6、于深入研究他所发现的各种规律，并且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。善于应用数学进行定量分析。善于应用数学进行定量分析。善于应用数学进行定量分析。1822182218221822年在科学学会上，年在科学学会上，年在科学学会上，年在科学学会上，他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学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律之一。安培的研究工中，这是一个重要的基本定律之一。安培的研究工中，这是一个重要的基本定律之一。安培的研究工中，这是一个重要的

7、基本定律之一。安培的研究工作结束了磁是一种特殊物质的观点，使电磁学开始作结束了磁是一种特殊物质的观点，使电磁学开始作结束了磁是一种特殊物质的观点，使电磁学开始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，以他走上了全面发展的道路。为了纪念他的贡献，以他走上了全面发展的道路。为了纪念他的贡献，以他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。的名字命名了电流的单位。的名字命名了电流的单位。的名字命名了电流的单位。上页上页下页下页退出退出返回返回21 1 安培定律安培定律 1.安培力：安培力：磁场对载流导体的作用力。磁场对载流导体的作用力

8、。2.安培定律表述：安培定律表述：放在磁场中某点的电流元放在磁场中某点的电流元 所受到的磁场作所受到的磁场作用力用力dF的大小和该点的磁感应强度的大小和该点的磁感应强度B的大小、电的大小、电流元的大小以及流元的大小以及 和和B的夹角的夹角的正弦成正比。即：的正弦成正比。即：上页上页下页下页退出退出返回返回3方向与矢积方向与矢积 方向一致方向一致这就是安培定律的数学表达式这就是安培定律的数学表达式 要计算长为要计算长为L的载流导线所受安培力，应对的载流导线所受安培力，应对上式求矢量和（或积分）：上式求矢量和（或积分）：上页上页下页下页退出退出返回返回4各电流元受力方向不一致时，先求出：各电流元受

9、力方向不一致时，先求出：例例1：力的方向垂直屏幕向里力的方向垂直屏幕向里IL上页上页下页下页退出退出返回返回5例例例例2.2.2.2.如图如图,有一无限长载流直导线，电流为有一无限长载流直导线，电流为I I1 1,其旁边有其旁边有另一有限长载流直导线另一有限长载流直导线ab,ab,电流电流I I2 2,求求I I2 2所受的磁场力。所受的磁场力。解：解：解：解：I I1 1在电流元处有在电流元处有方向垂直屏幕向里方向垂直屏幕向里电流元受力方向垂直向上，电流元受力方向垂直向上，大小为：大小为：abab受力方向垂直向上，大小为：受力方向垂直向上，大小为：上页上页下页下页退出退出返回返回6其沿其沿X

10、轴分量的代数和为轴分量的代数和为0，即，即F2X=0ab，cd段所受安培力段所受安培力F1、F3的大小分别为：的大小分别为：例例3：B电流电流I，半径，半径R上页上页下页下页退出退出返回返回解：解：7受力与受力与ad连线位置长连线位置长（2l+2R）通电直导线相同通电直导线相同上页上页下页下页退出退出返回返回 B82 均匀磁场对载流线圈的作用力矩均匀磁场对载流线圈的作用力矩 上页上页下页下页退出退出返回返回9 上式虽然是从矩形线圈导出的，但可以上式虽然是从矩形线圈导出的，但可以证明，它对处于均匀磁场中的其它形状的平证明，它对处于均匀磁场中的其它形状的平面载流线圈同样适用。面载流线圈同样适用。上

11、页上页下页下页退出退出返回返回N匝线圈匝线圈10讨论讨论4.均匀磁场中的载流线圈在磁力矩作用下转动均匀磁场中的载流线圈在磁力矩作用下转动5.非均匀磁场中的载流线圈，除受力矩作用外，非均匀磁场中的载流线圈，除受力矩作用外，还要受到一个力的作用。力矩使线圈偏转，还要受到一个力的作用。力矩使线圈偏转，力使线圈从磁场较弱处向磁场较强处移动。力使线圈从磁场较弱处向磁场较强处移动。上页上页下页下页退出退出返回返回11例例4：对右半圆上的电流元，对右半圆上的电流元，dF的方向垂直屏幕向外的方向垂直屏幕向外对左半圆上的电流元，对左半圆上的电流元，dF的方向垂直屏幕向里的方向垂直屏幕向里上页上页下页下页退出退出

12、返回返回解：解：12上页上页下页下页退出退出返回返回133.平行电流间的相互作用力平行电流间的相互作用力依据：毕依据：毕萨定律萨定律 安培定律安培定律计算电流间相互作用的步骤：计算电流间相互作用的步骤：2.利用利用毕毕萨定律萨定律 计算计算3.求出导线各电流元受力总和求出导线各电流元受力总和1.利用安培定律计算任一电流元利用安培定律计算任一电流元 受力受力上页上页下页下页退出退出返回返回I2I114CD受力受力:在在CD上任取一电流元上任取一电流元 ,其受力为其受力为:I2I1 讨论两条无限长讨论两条无限长的平行直线电流之间的平行直线电流之间的相互作用力的相互作用力CD上其它电流元在上其它电流

13、元在 产生的磁感应强度为产生的磁感应强度为0AB在电流元产生的磁感应强度在电流元产生的磁感应强度B12为为:上页上页下页下页退出退出返回返回15CD单位长度上单位长度上所受的力为：所受的力为：同理，同理，AB单位长单位长度上所受的力为：度上所受的力为：方向指方向指向向AB方向指方向指向向CD若两平行电流反向，则为斥力，大小同上。若两平行电流反向，则为斥力，大小同上。上页上页下页下页退出退出返回返回164.磁场力的功磁场力的功 载流导线或线圈在磁场内受到磁力或磁力矩的载流导线或线圈在磁场内受到磁力或磁力矩的作用作用,因此因此,当导线或线圈位置变化或方位改变时当导线或线圈位置变化或方位改变时,磁力

14、就作了功磁力就作了功.一一 载流导线在磁场中运动时磁力的作功载流导线在磁场中运动时磁力的作功 由安培定律由安培定律,载流载流导线导线ab(长为长为L）在磁）在磁场中受力方向如图场中受力方向如图,其大小为其大小为 F=BIL B上页上页下页下页退出退出返回返回17导线在位置导线在位置ab时时,通过回路的磁通量为通过回路的磁通量为:导线在位置导线在位置ef时时,通过回路的磁通量为通过回路的磁通量为:导线从导线从ab移动到移动到ef,磁力作功磁力作功 说明磁力作功等于电流强度乘以载流导线在说明磁力作功等于电流强度乘以载流导线在移动中所切割的磁力线数。移动中所切割的磁力线数。B上页上页下页下页退出退出

15、返回返回18二二 载流线圈在磁场中转动时磁力的作功载流线圈在磁场中转动时磁力的作功 负号表示磁力矩作正功时将使负号表示磁力矩作正功时将使 减小。减小。上页上页下页下页退出退出返回返回19总功为总功为:可以证明，任意的闭合回路在磁场中改变位置或改可以证明，任意的闭合回路在磁场中改变位置或改变形状时，磁力或磁力矩所作的功都可按上式计算。变形状时，磁力或磁力矩所作的功都可按上式计算。如果电流随时间改变，上式仍适用，只是如果电流随时间改变，上式仍适用，只是I不能提出不能提出积分号外，即：积分号外，即：上页上页下页下页退出退出返回返回205.洛仑兹力洛仑兹力 运动的带电粒子运动的带电粒子,在磁场中受到的

16、作用力称为在磁场中受到的作用力称为洛仑兹力洛仑兹力,洛仑兹力的宏观表现就是安培力洛仑兹力的宏观表现就是安培力.由安培定律由安培定律,电流元电流元 在磁场中受力的大小为在磁场中受力的大小为:在电流元内运动带电粒子数目为在电流元内运动带电粒子数目为:上页上页下页下页退出退出返回返回21故每个运动带电粒子在磁场中所受洛仑兹力的大小为故每个运动带电粒子在磁场中所受洛仑兹力的大小为:洛仑兹力可用矢量式写出洛仑兹力可用矢量式写出:洛仑兹力与速度垂直，所以洛仑兹力不作功，只改洛仑兹力与速度垂直，所以洛仑兹力不作功，只改变速度的方向，使路径发生弯曲。变速度的方向，使路径发生弯曲。上页上页下页下页退出退出返回返回22 运动的带电粒子运动的带电粒子,在电场和磁场共同存在的空在电场和磁场共同存在的空间中受到的作用力为：间中受到的作用力为：运动带电粒子在磁场中受磁场力为运动带电粒子在磁场中受磁场力为:带电粒子在静电场中受电场力为带电粒子在静电场中受电场力为:上页上页下页下页退出退出返回返回23上页上页下页下页退出退出返回返回回回 旋旋 加加 速速 器器24