4.2 毕奥-萨伐尔定律和载流回路的磁场
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毕奥-萨伐尔定律及毕奥-萨伐尔定律应用举例一、毕奥-萨伐尔定律1.毕奥-萨伐尔定律:载流导线产生磁场的基本规律。
微分形式为:整个闭合回路产生的磁场是各电流元所产生的元磁场dB的叠加。
磁感应线的方向服从右手定则,如图。
二、毕奥-萨伐尔定律应用举例两种基本电流周围的磁感应强度的分布:载流直导线;圆电流。
例1.载流长直导线的磁场解:建立如图坐标系,在载流直导线上,任取一电流元Idz,由毕-萨定律得元电流在P点产生的磁感应强度大小为:方向为垂直进入纸面。
所有电流元在P点产生的磁场方向相同,所以求总磁感强度的积分为标量积分,即:(1)由图得:,即:此外:,代入(1)可得:讨论:(1)无限长直通电导线的磁场:(2)半无限长直通电导线的磁场:(3)其他例子例2:圆形载流导线轴线上的磁场:设在真空中,有一半径为 R ,通电流为 I 的细导线圆环,求其轴线上距圆心 O 为 x 处的P点的磁感应强度。
解:建立坐标系如图,任取电流元,由毕-萨定律得:,方向如图:,所有dB形成锥面。
将dB进行正交分解:,则由由对称性分析得:,所以有:,因为: ,r=常量,所以:,又因为:所以:,方向:沿x轴正方向,与电流成右螺旋关系。
讨论:(1)圆心处的磁场:x=0 ,。
(2)当即P点远离圆环电流时,P点的磁感应强度为:。
例3:设有一密绕直螺线管。
半径为 R ,通电流 I。
总长度L,总匝数N(单位长度绕有n 匝线圈),试求管内部轴线上一点 P 处的磁感应强度。
解:建立坐标系,在距P 点 x 处任意截取一小段 dx ,其线圈匝数为: 电流为:。
其相当于一个圆电流,它在P点的磁感应强度为:。
因为螺线管各小段在P点的磁感应强度的方向均沿轴线向右,所以整个螺线管在P点的磁感应强度的大小为:因为:代入上式得:所以:讨论:(1)管内轴线上中点的磁场:(2)当 L>>R时,为无限长螺线管。
此时,,管内磁场。
即无限长螺线管轴线上及内部为均匀磁场,方向与轴线平行满足右手定则。
磁场强度毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生的磁场一、教学目标1. 理解磁场强度的概念,掌握毕奥萨伐尔定律及其应用。
2. 了解运动电荷产生磁场的原理,能运用相关知识分析实际问题。
3. 培养学生的实验操作能力,提高其科学思维和问题解决能力。
二、教学内容1. 磁场强度的定义及其表示方法。
2. 毕奥萨伐尔定律的表述及其数学形式。
3. 毕奥萨伐尔定律在直导线、圆形电流和均匀电流环中的应用。
4. 运动电荷产生磁场的原理。
5. 运动电荷产生的磁场与电流磁场的区别与联系。
三、教学方法1. 采用讲授法,讲解磁场强度、毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生磁场的相关概念和理论。
2. 利用示例和图示,直观展示毕奥萨伐尔定律的应用。
3. 开展讨论法,引导学生分析运动电荷产生磁场的原理及其在实际应用中的重要性。
4. 布置实验,让学生动手操作,验证毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生磁场的理论。
四、教学准备1. 教案、教材、课件等教学资源。
2. 实验室设备:电流表、电压表、导线、磁针等。
3. 投影仪、计算机等多媒体设备。
五、教学过程1. 引入:通过简单的磁现象,引导学生思考磁场强度的概念。
2. 讲解:讲解磁场强度的定义及其表示方法,阐述毕奥萨伐尔定律的表述和数学形式。
3. 示例:分析毕奥萨伐尔定律在直导线、圆形电流和均匀电流环中的应用,演示相关计算过程。
4. 讨论:引导学生分析运动电荷产生磁场的原理,与电流磁场的区别和联系。
5. 实验:安排学生进行实验操作,验证毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生磁场的理论。
6. 总结:对本节课的主要内容进行归纳总结,强调重点和难点。
7. 作业:布置相关练习题,巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂提问:通过提问了解学生对磁场强度、毕奥萨伐尔定律及运动电荷产生磁场的理解和掌握情况。
2. 实验报告:评估学生在实验过程中的操作技能、数据处理和分析问题的能力。
3. 作业完成情况:检查学生对课堂所学知识的巩固程度。
七、教学拓展1. 介绍其他磁场强度计算方法,如安培环路定律。
毕奥萨伐尔定律(磁场大小)
磁场大小如何计算呢?
还是要回到那个最伟大的发现,奥斯特的发现启发说起。
1820年秋,阿拉果带着奥斯特发现电流磁效应的重要新闻回到法国,9月11日,他便在法国科学院报告了奥斯特的重要发现并演示其实验。
阿拉果的报告使法国科学家迅速做出强烈反应。
对法国科学家而言,他们受库仑的影响太深,此前一直相信电和磁之间没有联系并且对电和磁分别进行研究。
阿拉果报告之后,法国科学家立即对电和磁的相互关系进行探索。
一周后,安培就取得了重要的研究成果,1820年9月18日、9月25日和10月9日,安培在科学院会议上宣读了3篇论文,并且用实验表演了两根通电导线相互吸引和排斥的现象,同时还证明了通电螺线管也能像磁铁一样相互吸引。
毕奥紧随其后,1820年9月30日,毕奥就向法国科学院报告了他与萨伐尔的重要发现:“载流长直导线施加在磁针磁极(不论是磁南极还是磁北极) 上的力反比于磁极与导线间的距离,这也是人类首次对奥斯特效应的定量研究”。
毕奥-萨伐尔定律:在静磁学中,毕奥-萨伐尔定律(英文:Biot-SavartLaw)描述电流元在空间任意点P处所激发的磁场。
定律文字描述:电流元Idl 在空间某点P处产生的磁感应强度dB 的大小与电流元Idl 的大小成正比,与电流元Idl 所在处到P点的位置矢量和电流元Idl 之间的夹角的正弦成正比,而与电流元Idl到P点的距离的平方成反比。
上式描述了电流元在一点产生的磁场大小,那么对于任意一段导体在一点出产生的磁感强度是如何求呢?
其实很简单,讲该任意导体看成由无数个电流元的组成,对电流元进行积分,便可求得。
综上,通过毕奥-萨伐尔定律,我们可以予以解答求解磁场定量公式。