磁场中的安培环路定理及其应用.doc

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磁场中的安培环路定理及其应用

安培环路定理与高斯定理的理解 摘要:安培环路定理在电磁学中的重要性;安培环路定理的注意点;高斯定理理在静电学中的重要性,安培环路定理与高斯定理的差异。 关键词:磁场;安培环路定理;高斯定理。 安培环路定理是电磁学中的一个重要定理,在磁场中,沿任一闭合曲线,矢量的线积分(也称矢量的环流),等于真空中的磁导率(0乘以穿过以这闭合曲线为边界所张任意曲面的各恒定电流的代数和。这个结论称为安培环路定理r,磁感应强度的大小: ,由几何关系得: ,如果闭合曲线不在垂直于导线的平面内: ,如果沿同一路径但改变绕行方向积分: ,这表明磁感应强度矢量的环流与闭合曲线的形状无关,它只和闭合曲线内所包围的电流有关。而当环路不包围电流时,有 ,这表明:闭合曲线不包围电流时,磁感应强度矢量的环流为零。 在应用安培环路定理的解题步骤:(1)分析磁场的对称性;(2)过场点选择适当的路径,使得 B沿此环路的积分易于计算:量值恒定,B与L的夹角处处相等;(3)求出环路积分;(4)用右手螺旋定则确定所选定的回路包围电流的正负,最后由磁场的安培环路定理求出磁感应强度B的大小。 例题:两根长直导线通有电流I ,图示有三种环路;在每种情况下, 等于: (对于环路a): ,对于环路b):0(对于环路c): , 用公式 求解得。 高斯定理是静电学中的一个重要定理, 它反映了静电场的一个基本性质, 即静电场是有源场, 其源即是电荷。可表述为: 在静电场中, 通过任意闭合曲面的电通量, 等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和的1PE0倍,与闭合曲面外的电荷无关。表达式为E= l( s)E#ds= 1PE0E ni=1qi。 根据高斯定理计算场强时,必须先根据电荷分布的对称性,分析场强分布的对称性;再适当选取无厚度的几何面作为高斯面。选取的原则是: 1)待求场强的场点必须在高斯面上; 2)使高斯面的各个部分或者与E 垂直,或者E平行; 3)与E垂直的那部分高斯面上各点的场强应相等; 4) 高斯面的形状应是最简单的几何面。最后由高斯定理求出场强。高斯定理说明的是通过闭合曲面的电通量与闭合曲面所包围的所有电荷的代数和之间的关系,即闭合曲面的总场强E的电通量只与曲面所包围的电荷有关,但与曲面内电荷的分布无关。但闭合曲面上的电场强度却是与曲面内外所有电荷相联系的,是共同激发的结果。 关于高斯定律的用途:1.当电荷分布具有某种对称性时,可用高斯定律求出该电荷系统的电场的分布。比用库仑定律简便;2.当已知场强分布时,用高斯定律求出任一区域的电荷,电位分布;3.对于静止电荷的电场,库仑定律和高斯定律等价。对于运动电荷的电场,库仑定律不再正确,而高斯定律仍然有效。 高斯定律可以用来求解特殊对称情况下的电场强度。特殊对称情况满足下列条件: (1)可以找到一个封闭曲面(高斯面),面上( = ES1。仅含一个未知量E。(2) 封闭曲面的面积 S=S1+S2 ,且 S1的面积容易计算, S2上场强为零或 E 方向沿平面。 例题:用高斯定律求点电荷的场强分布。 (1)分析 点电荷的场对称性。 (2)做任一长度r为半径的球面(高斯面)。 在物理中,安培环路定理与高斯定理是两个重要的定理,同时也是重难点,因此我们要在理解两个定理概念的基础上,综合利用,更好的帮助自己解题。 参考文献: [ 1 ] 孙善祥, 邹建华.静电场中的高斯定理及其应用[ J ]. 烟台教育学院学报,2003. [ 2 ] 宁布.安培环路定理的适应条件[ J ]. 内蒙古师范大学学报,1993. [ 3 ] 邹霞. 安培环路定理适用条件的论证[ J ]. 四川师范学院学报,2000. 1001060222 苗林浩 +q r

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