大学物理竞赛专题辅导之磁学
大学物理磁学教学ppt
B
B
S
dB BdS B cos dS B dS
ds
S
对闭合曲面
B d B dS 韦伯
S
B B dS 0 磁场中的高斯定理
注意：
S
S D dS qi 0 是由于有单独存在的自由电荷
S B dS 0
是因为自然界没有单独存在的磁荷。 说明磁场是无源场.
11-4 安培环路定理
磁场的性质： 具有力的性质和能的性质。
磁场对其内的运动电荷（或载流导体）有力的作用。
载流导体在磁场中移动时，磁力对其作功。
二、磁感应强度
B
——表示磁场的强弱和方向。
1、载流线圈的磁矩（磁偶极矩）
n
定义：p m
IS
n
IS
2、磁感应强度
n 的方向：与 I 构成
B
右手螺旋
试验线圈在磁场中处于稳定平衡位置时
2、电与磁的联系
1819年前：磁铁 —— 磁铁
奥斯特发现：（1）电流（旁）——小磁针偏转。
安培发现： （2）磁铁（旁）——载流导线运动。 （3）载流导线 —— 载流导线。
电与磁密切相关 运动电荷产生磁现象。 运动电荷本身受磁力作用。
3、磁场：三种情况的相互作用，依赖“磁场”完成。 运动电荷、电流、磁铁周围都存在磁场。
例4、两平行板载有大小相等方向相反的电流，面电流 密度为 i, 求板间磁场？ （板间距比板宽度小得多）
a
b
B
dLc
解：分析
板间：B 均匀，方向向右 板外： B 0
作环路 L 如图
（I为正）
L B dl 0 I i ab B dl 0 I i
Bab 0iab
B 0i
物理磁学知识总结归纳
物理磁学知识总结归纳磁学是研究磁力、磁场以及磁性物质性质的学科，它与我们日常生活息息相关。
本文将对物理磁学的基础知识进行总结归纳，以帮助读者更好地理解磁学的相关概念和原理。
一、磁性物质的分类根据物质对磁场的响应，我们可以将物质分为三类磁性物质：铁磁性、顺磁性和抗磁性。
1. 铁磁性物质铁、镍、钴等金属及其合金都属于铁磁性物质。
在外加磁场的作用下，铁磁性物质会产生明显的磁化，且可以保持一定的磁性，直到外加磁场被去除。
2. 顺磁性物质铁磁性物质之外的大部分物质都属于顺磁性物质，如铜、铝等。
顺磁性物质在外加磁场下会被磁化，但其磁性较弱，而且在去掉外加磁场后几乎没有残余磁性。
3. 抗磁性物质抗磁性物质对外加磁场没有磁化的倾向，如金、银等。
它们不但不会被磁场磁化，而且对磁场产生的磁力也很微弱。
二、磁场的基本概念1. 磁感应强度磁感应强度B是磁场的一种量度，用符号B表示。
在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉(T)。
磁感应强度的大小表示了磁场的强弱，具体计算公式是B = F/(IL) ，其中F为通过一段导线所受的磁力，I是电流的大小，L是导线的长度。
2. 磁通量磁通量Φ是磁场的另一种量度，用符号Φ表示。
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)。
磁通量的大小表示了单位面积上穿过的磁力线数量，具体计算公式是Φ = BA ，其中B为磁感应强度，A为面积。
3. 磁力磁力是磁场对磁性物质或电流的作用力，用符号F表示。
它与磁感应强度B、电流I以及作用物体的几何形状有关。
根据安培力的法则，磁力与磁感应强度的乘积与作用物体所受的磁通量有关。
三、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场变化时诱导电动势的产生。
根据法拉第电磁感应定律，如果一个线圈或导体在磁场中发生变化，将会产生感应电动势。
其数学表达式为ε = -ΔΦ/Δt ，其中ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。
根据法拉第电磁感应定律，我们可以解释一些实际应用，如发电机的原理。
物理竞赛之电磁学
大学物理竞赛—电磁学题目训练知识点罗列1、电场和磁场的计算2、电能和磁能的计算3、有电解质和磁介质存在的情况4、电容器的电容和螺线管的自感互感5、静电场力和磁场力的计算6、动生电动势和感生电动势的计算例1：如图，两边为电导率很大的导体，中间两层是电导率分别为和的均匀导电介质，它们的厚度分别为d 1和d 2，导体的横截面积为S ，流过的电流为I 。
求：（1）两层导电介质中的电场强度；（2）每层导电介质两端的电势差。
1σ2σ12σσ12d d IISIjE σσ==SIE 11σ=SIE 22σ=SId d E U 11111σ==SId d E U 22222σ==解：（1）由欧姆定律的微分形式，有：于是：（2）根据电势的定义可得：解：例2一半径为的半球形电极埋在大地里，大地视为均匀的导电介质，其电导率为，求接地电阻。
rI1r 2r 跨步电压若通有电流I ，求半径为，两个球面的电压。
1r 2r σr 2d 1d 22rrr R R r rσπσπ∞∞===⎰⎰221112212d 111d ()22r r r r r R R r r r σπσπ===-⎰⎰12121211()2I V V IR r r σπ-==-211212111d ()2r r V V E r r r σπ-==-⎰另一种解法：j Eσ=22I j rπ=22I E rπσ⇒=rI1r 2r例3 两根长直导线沿半径方向引到铁环上A 、B 两点，并与很远的电源相连，如图所示。
求：环中心的磁感应强度。
A BI I OABI OI l 21l 21⎰B I 10d l m π40r 2=1l 1解：==I 1I 2R 2R 1l 2l 1=B =B 1B 2⎰B I 20d l m π40r 2=2l 2I l =I 21l 21其他几种变化：AoB:0=B O 处环心IO R⎪⎭⎫⎝⎛-=πI m 11200R B IO R⎪⎭⎫⎝⎛+=πI m 11200R B1IIabco2≠B12IIoab=B12abcdoII=B例4 半径为R 的木球上绕有细导线，所绕线圈很紧密，相邻的线圈彼此平行地靠着，以单层盖住半个球面，共有N 匝。
大学物理磁学总结
大学物理磁学总结磁学是物理学的一个重要分支，研究磁力以及与磁感应有关的现象和规律。
在大学物理学习中，磁学是必修的内容之一。
下面是一篇关于大学物理磁学的总结，希望对你有所帮助。
大学物理磁学主要包括磁场的产生、磁场对物质的作用以及电磁感应等内容。
首先，我们先来看一下磁场的产生。
磁场是由电流所产生的。
根据安培定律，当电流通过一段导线时，会在周围产生一个磁场。
在直导线产生的磁场中，磁力线由导线的方向出来，呈现环绕导线的环状。
根据右手定则，可以确定磁力的方向。
磁体也可以产生磁场。
可党是指各种物质通过一定的加工方法获得的物质的磁性。
磁体通常由铁磁体和非铁磁体两种材料组成。
铁磁体在外磁场的作用下，会被磁化，形成自己的磁场。
而非铁磁体在外磁场的作用下也会被磁化，但磁化程度较小。
接下来，我们来看一下磁场对物质的作用。
磁场对物质的作用主要表现在磁力和磁偶极矩的作用上。
磁力是磁场对带电粒子运动轨迹的影响力。
根据洛伦兹力定律，当带电粒子在磁场中运动时，会受到一个与速度和磁场方向垂直的力，即洛伦兹力。
磁力的大小与电荷、速度、磁场强度以及二者之间的夹角有关。
可以通过右手定则来确定洛伦兹力的方向。
磁偶极矩是磁体在外磁场作用下表现出的特性。
磁偶极矩包括电流元的磁偶极矩和磁体的磁化强度。
磁场对磁偶极子的作用力与磁场梯度有关，可以通过磁势能的定义来计算。
电磁感应是磁学中的一个重要现象。
根据法拉第电磁感应定律，当导体回路中的磁通量发生变化时，导体中就会产生感应电动势。
根据楞次定律，感应电动势的方向总是使得磁通量变化的效果减少。
电磁感应可以应用于发电和变压器等实际应用中。
此外，大学物理磁学还包括角动量磁矩以及磁场中的运动带电粒子等内容。
角动量磁矩是电子围绕原子核运动形成的磁偶极矩。
根据经典物理理论，电子的角动量磁矩与角动量呈正比。
而在磁场中运动的带电粒子会受到洛伦兹力的作用，改变其受力方向。
总的来说，大学物理磁学是一个广泛且复杂的领域，涵盖了磁场的产生、磁场对物质的作用以及电磁感应等内容。
《大学物理磁学》ppt课件
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场，具有方向 和大小，可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律，可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场，但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的，随着静电场的消 失而消失；而恒定电流产生的磁场是持续的， 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外，静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线，其切线方向表示磁场 方向，疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示， 单位为特斯拉（T）。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量，用Φ表 示，单位为韦伯（Wb）。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁，用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具，从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置， 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向，具有高速、安全、 舒适等优点。
物理竞赛必备知识点总结
物理竞赛必备知识点总结一、力学1. 运动学（1）速度、加速度的定义及其计算方法；（2）匀变速直线运动的相关公式以及应用；（3）平抛运动、倾斜抛体运动的相关公式及其应用。
2. 动力学（1）牛顿三定律及其应用；（2）运动方程的推导和应用；（3）弹簧振子、简谐振动的相关公式及其应用；（4）摩擦力的计算及其应用。
二、热学1. 热力学基本概念（1）热力学系统、热力学平衡和热平衡的含义及其判定方法；（2）内能、热量和做功的关系；（3）理想气体状态方程及其应用。
2. 热力学第一定律（1）热功当量的含义及其计算；（2）绝热过程、等容过程、等压过程、等温过程的基本特征及其应用。
3. 热力学第二定律（1）卡诺循环的原理及其效率；（2）热机和制冷机的效率公式及其应用。
三、电磁学1. 电学基础（1）库仑定律及其应用；（2）电场强度、电势以及电势差的定义及计算方法；（3）电场中带电粒子的运动方程及其应用。
2. 磁学基础（1）洛伦兹力的计算及其应用；（2）电流和磁场的相互作用；（3）安培环路定理、比奥-萨伐特定律及其应用。
3. 电磁感应（1）法拉第电磁感应定律的条件和公式；（2）楞次定律的应用；（3）自感系数和互感系数的计算及其应用。
四、光学1. 几何光学（1）光的直线传播及其应用；（2）折射定律、全反射定律及其应用；（3）薄透镜成像公式、放大倍数计算及其应用。
2. 波动光学（1）双缝干涉、多缝干涉及其应用；（2）多普勒效应的计算和应用；（3）光的偏振和光栅原理及其应用。
五、原子物理1. 光电效应（1）光电效应的基本概念和实验事实；（2）光电发射功函数及其与光强的关系；（3）反光电效应及其应用。
2. 波尔模型（1）原子光谱的特点及其解释；（2）氢原子光谱的解释及其能级计算。
六、现代物理1. 相对论（1）相对论长度收缩及其推导；（2）相对论时间膨胀及其推导；（3）相对论动量和能量的变化及其应用。
2. 量子力学（1）波粒二象性及其实验事实；（2）薛定谔方程的基本概念及其应用；（3）不确定性原理的解释及其应用。
物理竞赛磁学知识点总结
物理竞赛磁学知识点总结一、磁性体的磁性质1. 磁性体的分类(1) 铁磁体：铁、镍、钴等元素构成的合金；(2) 铁磁性材料：由铁和少量其他元素组成的合金；(3) 非铁磁体：不含铁磁元素的材料，如铜、铝等。
2. 磁性的原子基础(1) 原子磁矩：原子核内质子和中子的运动产生磁矩，而围绕核运动的电子也会产生磁矩；(2) 磁性基态和激发态：原子的电子围绕核转动形成磁矩，处于低能量状态时成为基态，处于高能量状态时成为激发态。
3. 磁化过程(1) 磁化强度：磁体的整体磁性；(2) 磁矩：磁体中各个原子磁矩的矢量和，描述磁体的整体磁性；(3) 磁化方式：顺磁、抗磁、铁磁等；(4) 磁化曲线：描述磁体在不同外加磁场下的磁化过程。
4. 磁性的测定(1) 磁感应强度：描述磁场中的磁感应强度，单位为特斯拉；(2) 磁化强度：描述磁体的整体磁性，单位为安培每米；(3) 磁导率：描述磁性材料对磁场的响应能力，为磁化强度与磁感应强度之比；(4) 磁化曲线的测定：通过实验手段测定材料在不同外加磁场下的磁化情况。
二、磁场的产生和作用1. 磁场的基本性质(1) 磁场的概念和性质：描述磁场的基本概念和性质；(2) 磁场的磁感线：描述磁场的分布情况，即磁感线的方向和密度；(3) 磁场的磁通量：描述磁场通过某一平面的磁通量，单位为韦伯。
2. 安培定则(1) 安培定则的表述：电流元产生的磁场与电流元的夹角关系；(2) 安培定则的应用：计算磁场强度和方向的应用。
3. 毕奥-萨伐尔定律(1) 毕奥-萨伐尔定律的表述：描述电荷运动产生磁场的规律；(2) 毕奥-萨伐尔定律的应用：计算电流元产生的磁场强度和方向的应用。
4. 磁场的叠加原理(1) 磁场的叠加原理的表述：多个磁场的叠加形成新的磁场；(2) 磁场的叠加原理的应用：计算多个磁场叠加后的磁场强度和方向的应用。
5. 磁场中的磁力(1) 洛伦兹力：电荷在磁场中受到的洛伦兹力；(2) 磁场中电流元受力：描述磁场中电流元受力的情况；(3) 磁场中磁体受力：描述磁场中磁体受力的情况。
物理竞赛班第二轮资料磁现象
南宁三中高2009级物理竞赛班第二轮资料第十讲 磁现象一、恒定磁场 （一）规律1、毕奥--萨伐尔定律-----真空中电流元的磁场 （1）大小 202sin 4sin rL I r LkI B θπμθ∆⋅=∆⋅=∆ ①θ为顺着电流I ∆L 的方向与r方向的夹角，当→∆l I 与→r 之间的夹角为零或π，则dB =0，亦即在电流元→∆l I 延长线上各点，电流元→∆l I 并不产生磁场。
②πμ40=k ，m A Wb k ⋅=-/107，A m T /10470⋅⨯=-πμ（真空的磁导率） （2）方向：用右手螺旋定则确定，即伸出右手，先把四指放在I ∆L 的方向上，转向矢径r方向时大拇指方向即为B∆的方向(垂直于电流元与矢径所构成的平面)。
（3）磁感应强度的迭加原理载流导线在磁场中某点产生的磁感应强度等于该载流导线上各电流元在该点所产生的磁感应强度的矢量和，即 L r I d L L∆==⎰⎰20sin 4θπμ（4）运动电荷所产生的磁感应强度 ①大小：20sin 4r qV B θπμ=式中q 为运动电荷所带的电量，为其速度。
②方向：方向：用右手螺旋定则确定，即伸出右手，先把四指放在正电速度V （负电相反）的方向上，转向矢径r方向时大拇指方向即为B 的方向(垂直于等效电流元与矢径所构成的平面)。
2、安培环路定理（1）内容：磁感应强度B 沿任意闭合环路L 的线（积累）积分（又称环流）等于穿过这个环路的所有电流强度的代数和I 的0μ倍，即∑∑μ=∆⋅)L 内(闭合回路L0I L B∆B ∆(2)在环路定理∑∑μ=∆⋅)L 内(闭合回路L0I L B 中，环路L 上任一点的应是空间中所有电流在该点所产生的磁感应强度的矢量和，即它既包括环路L 内的电流，又包括环路L 外的电流共同产生的。
而i I ∑只包括穿过环路L 的电流。
即是说环路L 外的电流对有贡献，而对沿l 的环流无贡献。
(3)必须注意电流I 的正负规定。
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B 0 ln b
2
a
2
a 2
d
3
2 2
dr
B2
0 I 2
2a
0
4
B3
b 0dI 0 ln b a 2r 2 a
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变２.如图半径为R的均匀带电无限长直圆筒，电荷面
密度 ，筒以速度绕其轴转动。求圆筒内部的B。
思路：当成螺线管看待
I总
2R L
2
RL
R
i
B
0nI
O
N L
I总 N
OR
方向: 平行轴向右
思考：（1）若变为旋转带电球圆柱筒呢？ (3) 若转速随时间变化呢？
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
例4 在半径为R的长圆柱形导体内与轴线平行地挖去一半径为r 的 圆柱形空腔体,如图。电流I在横截面内均匀分布。 (1)分别求圆柱轴 线上和空心部分轴线上的磁感应强度的大小；(2)空心处任一点磁感 应强度。
理学院物理系
张晚云
本讲主要内容
大学物理竞赛培训第五讲
一、磁感应强度的计算； 二、磁力和力矩的计算； 三、介质中磁场的有关计算。
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
对于运动点电荷：
B
0 4
q
r
0
r2
注意矢量叉 积的运算
对于载流导体： 方法Ⅰ 用毕—萨定律
B
dB
0
Idl
r
0
Q 4π r 2
2b
2b cosq dx b cosq x
bb b
=
0NI sin2q
2b
ln2
dI NI
dl =b
=
dx
b cos q
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变2 有一蚊香状的平面N 匝线圈，通有电流I ，每一圈
近似为一圆周，其内外半径分别为a及b 。求圆心处 P
点的磁感应强度。
解：dB
=
0dI 2r
=
0 2r
(bNIa)dIr
B
==22((bb00NNIaIa))lanb
dr
br a
dr
r
PP..aa bb
dI NI
=
dr ba
思考：若将该平面沿直径折成直角呢？
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变3 如图，在均匀磁场B中有一总匝数为N的均匀密绕
平面螺旋线圈，其半径由a绕至b，并通有电流I 。求
半径为 r ,宽为 dr 的圆电流: dI= rdr 磁场：dB = 0dI/2r =0R/2
dr
B
R1 0
1 2
0 dr
0 R1
2
r
R
o
1
R2
B
R2 1 R1 2
0 dr
1 2
0 (R2
R1 )
已知：B B则有R2 2R1
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变1.有一闭合回路由半径为a和 b 的两个同心共面半圆连接而成,
π 解：
B
1=
4
I0 1 r2
l 1dl0π B2=4I0 2 r2
l 2dl
0
I1 I2
=
R2 R1
=
l2 l1
I 1 OO l1
AA I l2 I 2 BB I
I1l 1 =I2l2
B = B1 B2= 0
一、磁感应强度的计算 其他几种变化：
环心O处 : B0 0
B0
0
2R
1
1
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变1 在一圆锥台的侧面均匀绕有N 匝导线,其中通有电 流I, 尺寸如图所示。求锥顶处P点的磁感应强度。
解： dB =
0dI a 2 2(x 2+a 2)3
2
=
0NI sin2q
2b
dx x
ab dx
a = xtgq
Ix
P P
qb
B
=
0NI sin2q
B0
0
2R
1
1
大学物理竞赛培训第五讲
A o B
O R
I
O R
I
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
b
o 1 Ia
I
a1
B0 0 o
I 2b
2 I
B0 0
c
1I
d
a
o
B0 0
c
b
2I
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
例2 半径为R的木球上绕有细导线，所绕线圈很紧密，
相邻的线圈彼此平行地靠着，以单层盖住半个球面，
方法Ⅱ 典型带载流体的磁强
磁场叠加原理
熟记长直电流、圆电流、长直螺线管、螺绕环、无 限大面电流、无限长柱面/体电流的磁场分布。
方法Ⅲ 利用环路定理求特殊对称分布带电体的场强
B dl L
μ0
I内
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
例1 两根长直导线沿半径方向引到铁环上A、B 两点， 并与很远的电源相连，如图所示。求：环中心的磁感 应强度。
用补偿法：小圆柱体通有等量反向电流密度。
j
=
π(R
I
2
r2 )
×× × × ×
dd × × × × × ×
设小圆I 柱´=体j中π的电r 流2 为=ππ(Rr22Ir 2 )
故大圆柱体轴线上的磁感应强度大小为
. . × × O× × × × ×
a o . o.´ RR O´
r r × × × × × × × ×× × × ×
如图其上均匀分布线密度为 的电荷,当回路以匀角速度 绕过
o点垂直于回路平面的轴转动时,求圆心o点处的磁感强度的大小.
解: 令带电的大半圆线圈和小半圆线圈
转动产生的磁感应强度分别为B1、B2 ，
b
带电线段c－d 转动产生的磁感应强度为B3. c
o
d
B=B1+B2+B3
a
1
b 2
B1
0 1
2b
0
4
线圈平面的磁矩。
解：dpm
dI
r 2
N ba
Ir 2dr
B
pm
dpm
NI(a2
N I b r 2dr
ba a
ab b2 )
3
dr
r
Po..aa bb
M pm B sin900 NIB(a2 ab b2 ) 3
dI NI
=
dr ba
思考：若将该平面线圈换成旋转带电圆盘呢？
一、磁感应强度的计算
B0
=
0I r 2
2πd (R 2 r 2
)
×× × ×
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
（2）小圆柱体的电流在O 点´ 的磁感应强度为零， 所以O 的´ 磁场等于大圆柱体电流在该点的磁场。
大学物理竞赛培训第五讲
例3. 一半径为R2 带电薄圆盘,其中半径为R1 的阴影部分均匀带正
电荷,面电荷密度为+ ,其余部分均匀带负电荷,面电荷密度为– , 当圆盘以角速度 旋装转时,测得圆盘中心点o 的磁感应强度为零,
问R1 与R2 满足什么关系？
解：带电圆盘转动时,可看作无数个圆电流的磁场在o 点的迭加
共有N 匝。如图所示。设导线中通有电流I 。求：在
球心O处的磁感应强度。
解： dN = πN2dq
dB =
0Iy 2 2(x 2+y 2)3
2dN
y R dq
2Ro q
y x
B = π0RNI=π02πc0RNoIsc2qodsq2q=dq40RNI 思考：若变为旋转带电球面（体）呢？
x
y = Rcosq x = Rsinq