2022-2023年高中物理竞赛 电磁学第二章课件

这是一份2022-2023年高中物理竞赛 电磁学第二章课件，共60页。PPT课件主要包含了§1前言，本章的基本要求，磁的基本现象，四安培定律，磁感应强度，毕奥-萨伐尔定律，§3安培环路定理，一证明，磁感应强度是轴矢量，End等内容，欢迎下载使用。
一、本章的基本内容及研究思路
在静止电荷的周围存在着电场,如果电荷在运动,那么在它的周围就不仅有电场,而且还有磁场.不随时间变化的磁场称为稳恒磁场,有时也称为“静磁场”.稳恒电流激发的磁场就是一种稳恒磁场.运动的电荷（或电流）要产生磁场,磁场又会对其他的运动电荷（或电流）有作用力.本章就是从这两个方面来研究磁场的. 各种矢量场在研究方法上有类似之处,稳恒磁场的许多基本规律也与静电场对应,可采用与静电场对比的方法研究稳恒磁场.这样就容易掌握本章的基本内容,也有利于今后的学习.
1.深刻理解磁感应强度B的概念及物理意义；
2.毕奥—萨伐尔定律是本章的基本定律,要掌握其内容,并能熟练应用该定律计算磁感应强度B；
3.理解稳恒磁场的两条基本定理,熟练应用安培环路定理计算具有对称性分布的磁场；
4.正确理解并掌握安培定律和洛仑兹力公式,了解安培力和洛仑兹力的关系.
§2 磁的基本现象和基本规律
人类对磁现象的认识是很早的,最早发现的磁现象是天然磁石吸铁的现象,我国远在春秋战国时期（公元前六、七世纪）的古书中已有记载,我国古代的“磁石”写作“慈石”,意思是“石铁之母也.以有慈石,故能引其子”.我国河北省的磁县（古时称磁州和慈州）,就是因为附近盛产天然磁石而得名.指南针是我国古代的伟大发明之一,对世界文明的发展有重大影响.
现在知道,人们最早发现的天然磁铁矿矿石的化学成分是Fe3O4.近代制造人工磁铁是把铁磁物质放在通有电流的线圈中去磁化,使之变成暂时的或永久的磁铁.根据需要可以制成条形、针形、蹄形等各种形状. 一块磁体上磁性特别强的区域,叫做磁极.任何磁体都有两极：南极（S）和北极（N）,若将条形磁铁切断,无论切成几段,每一段都具有一个北极和一个南极,其他的磁体也具有这个性质,这表明磁体不存在独立的N极或S极,但是有独立存在的正电荷或负电荷,这是磁极与电荷的基本区别. [近代理论认为可能有独立磁极存在,这种具有磁南极或磁北极的粒子,叫做磁单极子,但至今尚未观察到这种粒子]
实验表明：同名磁极互相排斥；异名磁极互相吸引. 在历史上很长一段时期里,磁学和电学的研究一直彼此独立地发展着,人们曾认为磁与电是两类截然分开的现象.直至十九世纪初,一系列重要的发现才打破了这个界限,使人们开始认识到电与磁之间有着不可分割的联系.
下面介绍几个这方面的实验：
1.奥斯特实验：导线沿南北方向放置,下面有一可在水平面内自由转动的磁针.当导线中没有电流通过时,磁针在地磁场的作用下沿南北取向. 当导线中通有电流时, 磁针就会发生偏转.上述实验表明,电流可以对磁铁施加作用力.
2.磁铁对电流（通电导线）也有作用力（水平直导线悬挂在马蹄形磁铁两极间,通电后,导线就会运动）.
3.安培实验：通电导线之间有相互作用力,即电流和电流之间也有相互作用力.
4.磁铁对运动电荷有作用力.电子流从电子射线管的阴极发射,形成一条电子射线,在旁边放置一块磁铁,就可以看到电子射线的路径发生偏转.
大量实验证明,电现象和磁现象存在相互联系.我们知道,电的作用是“近距”的,磁极或电流之间的相互作用也是这样的,不过它通过另外一种场—磁场来传递的.
下面我们用磁场的观点,可以把上述关于磁铁和磁铁,磁铁和电流,以及电流和电流之间相互作用的各个实验统一起来,概括成这样一个图示：
由于磁极与电荷之间有某些类似之处,最初曾认为磁极是“磁荷”集中的所在（称N极有“正磁荷”,S即由“负磁荷”）,并认为磁性起源于“磁荷”, 磁铁之间的相互作用起源于“磁荷”之间的相互作用,通过一系列实验,才逐步认识到“磁荷是不存在的”.
截流螺线管的行为很象一块磁铁,启发物理学家们提出这样的问题：磁铁和电流是否本源上是一致的？法国科学家安培提出磁性起源的假说—安培分子电流假说：组成磁铁的最小单元（磁分子）就是环形电流.
二、物质磁性的起源—安培分子电流假说
安培认为,任何物质的分子都存在环形电流,称为分子电流,分子电流产生的磁场在轴线上的方向可以用右手定则来判断,每一个分子电流相当于一个小磁体.当物质中的分子电流排列得毫无规则时,他们的磁场互相抵消,整个物体不显磁性,但是,在一定条件下,这些分子电流比较有规则的定向排列起来,他们的磁场互相加强,整个物体就会显示出磁性.安培的分子电流的想法基本上是正确的,近代物理学证实,分子电流是由原子中的各个电子自旋和电子的轨道运动合成的结果.
　　1822年,安培：一切磁现象的根源是电流,物质的磁性来源于分子电流.
这样看来,上面的图示可简化为：
注意：无论电荷静止还是运动,它们之间都存在着库仑相互作用,但是只有运动着的电荷之间才存在着磁相互作用.
安培定律（参见图2.2）
【例1】：平行电流元之相互作用.
【例2】：垂直电流元之相互作用.
两电流元之 间相互作用不满足牛顿第三运动定律；两闭合电流之积分相互作用仍满足牛顿第三运动定律.
§2. 磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律
（磁铁,电流,电流元）
任何运动电荷或电流,在周围空间产生磁场,磁场对外的重要表现是：（1）磁场对引入磁场中的其他运动电荷或载流导体有磁力的作用；（2）载流导体在磁场内移动时,磁场的作用力将对载流导体作功.这些表现说明了磁场的物质性.
方向：试验电流元受力为零的方向；
单位：N/Am, T, Gs 1T=1N/Am=10^4 Gs
三. 长直电流的磁场
当 a