电流磁效应之《恒定磁场》课件设计
14页1、练习7 恒定磁场电流的磁效应7.1 试述第一个揭示电流磁效应的科学家及其实验。这个实验距今已100多年了, 到物理演示实验室来重做一下这个实验, 你将会感到很有意思, 并对讨论下列问题可能会有帮助。( 1) 小磁针在电流周围或永久磁铁周围为什么会发生偏转?( 2) 怎样用小磁针来判定空间磁场的方向? 并指出图(教材P304)中所示各小磁针N 极的指向:( 3) 电流周围能激发磁场。永久磁铁周围的磁场是什么激发的?( 4) 传导电流是电荷在导体中定向运动形成的,且 ( n 为载流子密度, 为电荷定向运动的平均速度, S 为截面积) , 那么, 电流I 与电流密度的关系为I = 。分析与解答 奥斯特实验(1820年)。(1)电流或永久磁铁周围存在着磁场,小磁针处于其中,将受到磁场的作用,从而就会发生偏转,直到小磁针N极指向该磁场方向为止。(2)小磁针N极的指向就是该处磁场的方向。图(b)中三个磁针的N极均指向左方。(3)永久磁铁中存在“分子电流”,且分子电流的磁性呈有序排列,因此对外显示出磁性。(4)7.2 试说明直线电流I1,I2间相互作用的物理机理, 并讨论:( 1) 图示的I1,I2
2、的相互作用情况,你是怎样判断的?( 2) 图( a ) , ( b )所示的q1 , q2 的相互作用情况。你在分析中, 考虑到参考系没有?题7.2(1)图 题7.2(2)图分析与解答(1)在处激发指向纸面内的磁场,根据安培定律可知,受到向上的安培力;同理,受到向下的安培力。(2)在图(a)中,相对静止,它们之间的相互作用力为库仑力。在图(b)中,仍相对静止,都各自受到对方所激发的电场力(库仑力) 。但对地面参考系而言,它们均为运动电荷,除激发电场外,还要在周围激发磁场,双方还受到对方所激发的磁场力(洛伦兹力)。7.3 已知铜的摩尔质量M=63.75g/mol,密度=8.9g/cm3,在铜导线里,假设每一个铜原子贡献出一个自由电子,(1)为了技术上的安 全,铜线内最大 电流密度jm =6.0A/mm2 , 求此时铜线内电子的漂移速率vI,(2)在室温下电子热运动的平均速率是电子漂移速率vd 的多少倍?毕奥-萨伐尔定律及其应用7.4 用毕奥-萨伐尔定律求B,需要用高等数学工具。请认真研究几个典型例题(直线电流、圆电流等) ,总结一下求解的思路和方法,并将几个特殊结论填在下面,必要时可直接
3、选用。( 1) 无限长载流直导线周围的B = ;( 2) 载流直导线延长线上任一点的B = 0 ;( 3) 圆电流中心的B = ;轴线上任一点的B =;( 4) 长直螺线管内的B = ;( 5) 长直螺线管端点的B = ;( 6) 一个运动电荷激发的磁场B = 。7.5 能否简单计算或直接写出图( a )( f )中所示点P 的磁感强度B ?题7.5 图分析与解答 (a) 方向:(b) 方向:(c) 两电流在P点产生的磁场方向不同,不能直接相加,经分析合磁场方向应沿中垂线向上的方向,故两磁场在该方向的投影之和即为总磁场。 方向:向上(d) 方向:时为,时为(e) 方向:(f) 方向: 方向:向左总磁场 方向:沿方向。7.6 求解:(1) 一圆形载流导线的圆心处的磁感强度为B1 , 若保持I 不变, 将导线改为正方形, 其中心处的磁感强度为B2 , 试求B2/B1 。(2) 如图所示, 宽度为a 的无限长金属薄片, 均匀通以电流I 并与纸面共面。试求在纸面内距薄片左端为r 处点P 的磁感强度B。分析与解答 (1) 图形载流导线中心的。改为正方形时,每边长,距中心点O的垂直距离均为,每边(
4、载流I)在O点激发的,则中心O点的总磁感强度,则。 题7.6(2)图(2)以P点为坐标原点,作OX轴。在薄片内距O点为处,取宽度为的长直电流,有它在P点激发的磁感强度为则整个薄片电流在P点激发的磁感强度为 方向: (3) 半径为R 的薄圆盘均匀带电, 电荷面密度为+, 当圆盘以角速度绕过盘心O、并垂直于盘面的轴逆时针转动时, 求盘心O 处的B。分析与解答 (1)绕中心轴转动的带电介质圆盘可以看成是一个载流圆盘。载流圆盘又可看做是由一个个同心载流圆环所组成。点O的磁感强度B就是由这一个个载流圆环的磁感强度叠加的结果。 现在半径r处取一宽为dr的同心圆环,其上的可写成式中,为电荷面密度,为圆环的面积。圆电流中心的磁感强度,因此,所取圆环在其中心的磁感强度为按叠加原理可知,整个圆盘在中心的磁感强度为 ( 4) 一均匀带电的半圆弧线, 半径为R, 带电量为Q, 以匀角速度绕对称轴OO转动(见图) , 求半圆弧线圆心点O 处的磁感强度B。分析与解答 由题设条件得电荷线密度。取线元,其上所带电荷为当以匀角速度绕轴做半径的圆周运动时,所形成的圆电流为设圆电流在其轴线上O点激发的磁感强度的大小为 方向
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