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EvanZhu0721 / 公开仓库

AP-Physics-C-EM

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 中文知识库与学习笔记,涵盖静电学、电路、磁场和电磁感应。

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04 磁场/磁场的产生.md
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磁场的产生

毕奥-萨伐尔定律

dB⃗=μ04πI dℓ⃗×r^r2d\vec B = \frac{\mu_0}{4\pi}\frac{I\,d\vec \ell \times \hat r}{r^2}

它适合从“电流元”累加求磁场。

安培环路定律

∮B⃗⋅ds⃗=μ0Ienc\oint \vec B \cdot d\vec s = \mu_0 I_{\text{enc}}

它最适合处理高对称模型。

常见模型

无限长直导线

B=μ0I2πrB = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}

圆形线圈中心

B=μ0I2RB = \frac{\mu_0 I}{2R}

NN 匝时乘 NN。

圆形线圈轴线上

B=μ0IR22(R2+x2)3/2B = \frac{\mu_0 I R^2}{2(R^2 + x^2)^{3/2}}

长螺线管

若单位长度匝数为 n=N/ℓn = N/\ell:

B=μ0nI=μ0NℓIB = \mu_0 n I = \mu_0 \frac{N}{\ell}I

环形线圈

B=μ0NI2πrB = \frac{\mu_0 N I}{2\pi r}

无限大电流面

若面电流密度为 KK,则两侧磁场大小都为:

B=μ0K2B = \frac{\mu_0 K}{2}

若导体薄层厚度为 tt、体电流密度为 JJ,可先写成:

K=JtK = Jt

所以磁场大小与 JtJt 成正比。

选法经验

  • 有高对称:先想安培定律。
  • 结构有限、角度明确:更常用毕奥-萨伐尔。
  • 真正做 AP 题时,很多模型结果需要直接认出来。

微观磁性简记

强弱通常可粗略记为:

铁磁性>顺磁性>抗磁性\text{铁磁性} > \text{顺磁性} > \text{抗磁性}

AP 核心里更重要的是定性认识:

  • 顺磁:未成对电子带来弱顺磁响应
  • 铁磁:磁畴耦合,可形成强磁化
  • 抗磁:外场诱导出反向磁矩

易错点

  • 安培定律里是包围电流 IencI_{\text{enc}},不是路径上流过的总电流长度。
  • 长直导线磁场随 1/r1/r,不是 1/r21/r^2。
  • 线圈轴线上磁场和电场轴线公式长得像,但幂次与系数不同,别混。

前置

连接到

常与之比较

教材对应