程守珠普通物理學六版電子教案8-2

1、上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出中國在磁學方面的貢獻：中國在磁學方面的貢獻：最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象：磁石吸引鐵屑最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象：磁石吸引鐵屑春秋戰(zhàn)國春秋戰(zhàn)國呂氏春秋呂氏春秋記載：磁石召鐵記載：磁石召鐵 東漢王充東漢王充論衡論衡描述：描述： 司南勺司南勺最早的指南器具最早的指南器具 十一世紀沈括發(fā)明指南針，發(fā)現(xiàn)地磁偏角，十一世紀沈括發(fā)明指南針，發(fā)現(xiàn)地磁偏角， 比歐洲的哥倫布早四百年比歐洲的哥倫布早四百年十二世紀已有關(guān)于指南針用于航海的記載十二世紀已有關(guān)于指南針用于航海的記載司南勺司南勺上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出

2、早期的磁現(xiàn)象包括早期的磁現(xiàn)象包括: : (1)(1)天然磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。天然磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。 (2)(2)條形磁鐵兩端磁性最強，稱為磁極。條形磁鐵兩端磁性最強，稱為磁極。任一磁鐵任一磁鐵總是總是 兩極同時存在，在自然界不存在獨立的兩極同時存在，在自然界不存在獨立的N極、極、S極極。同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。磁單極子雖理論預言存在，至今尚未觀察到。磁單極子雖理論預言存在，至今尚未觀察到。 (3)(3)地球本身為一個大磁體，地地球本身為一個大磁體，地球磁體球磁體N、S極與地理南北極不是極與地理南北極不是同一點。存在磁偏角。同一點。存

3、在磁偏角。上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出I IN NS S 18191819年年, ,奧斯特實驗首奧斯特實驗首次發(fā)現(xiàn)了電流與磁鐵間有力的次發(fā)現(xiàn)了電流與磁鐵間有力的作用，才逐漸揭開了磁現(xiàn)象與作用，才逐漸揭開了磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。電現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。 在歷史上很長一段時期里在歷史上很長一段時期里, ,人人們曾認為磁和電是兩類截然不同們曾認為磁和電是兩類截然不同的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。18201820年年7 7月月2121日，奧斯特日，奧斯特以拉丁文報導了以拉丁文報導了6060次實次實驗的結(jié)果。驗的結(jié)果。上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下

4、頁 返回返回 退出退出 電荷電荷( (不論靜止或運動不論靜止或運動) )在其周圍空間激發(fā)電場在其周圍空間激發(fā)電場, ,而而運動電荷在周圍空間還要激發(fā)磁場運動電荷在周圍空間還要激發(fā)磁場: :在電磁場中在電磁場中, ,靜止靜止的電荷只受到電力的作用的電荷只受到電力的作用, ,而運動電荷除受到電力作用而運動電荷除受到電力作用外外, ,還受到磁力的作用。電流或運動電荷之間相互作用還受到磁力的作用。電流或運動電荷之間相互作用的磁力是通過磁場而作用的的磁力是通過磁場而作用的, ,故磁力也稱為磁場力。故磁力也稱為磁場力。注意注意: :這里所說的運動和靜止都是相對觀察者說的這里所說的運動和靜止都是相對觀察者說

5、的, ,同一客觀存在的場同一客觀存在的場, ,它在某一參考系表現(xiàn)為磁場它在某一參考系表現(xiàn)為磁場, ,而而在另一參考系中卻可能表現(xiàn)為電場。在另一參考系中卻可能表現(xiàn)為電場。運動電荷運動電荷運動電荷運動電荷靜電荷靜電荷電場電場 靜電荷靜電荷磁場磁場 18221822年，安培提出年，安培提出分子電流假設(shè)分子電流假設(shè): :磁現(xiàn)象的電本質(zhì)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)運動的電荷產(chǎn)生磁場運動的電荷產(chǎn)生磁場上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 設(shè)帶電量為設(shè)帶電量為q，速度為，速度為v的運動試探電荷處于的運動試探電荷處于磁場中，實驗發(fā)現(xiàn)：磁場中，實驗發(fā)現(xiàn)： （2 2）在磁場中的）在磁場中

6、的p點處存在著一個特定的方向，點處存在著一個特定的方向，當電荷沿此方向或相反方向運動時，所受到的磁力當電荷沿此方向或相反方向運動時，所受到的磁力為零，與電荷本身性質(zhì)無關(guān)為零，與電荷本身性質(zhì)無關(guān); ; （1 1）當運動試探電荷以同一速率）當運動試探電荷以同一速率v沿不同方向通沿不同方向通過磁場中某點過磁場中某點 p 時，電荷所受磁力的大小是不同的，時，電荷所受磁力的大小是不同的，但磁力的方向卻總是與電荷運動方向（但磁力的方向卻總是與電荷運動方向（ ）垂直；）垂直；v （3 3）在磁場中的）在磁場中的p點處，電荷沿與上述特定方向點處，電荷沿與上述特定方向垂直的方向運動時所受到的磁力最大垂直的方向運

7、動時所受到的磁力最大( (記為記為Fm) )， 并且并且Fm與與qv的比值是與的比值是與q、v無關(guān)的確定值。無關(guān)的確定值。上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出方向：方向：可按右手螺旋法則確定可按右手螺旋法則確定大?。捍笮。?單位：單位：特斯拉（特斯拉（T T） 高斯（高斯（GsGs）qvFBm 由實驗結(jié)果可見，磁場中任何一點都存在一個固由實驗結(jié)果可見，磁場中任何一點都存在一個固有的特定方向和確定的比值有的特定方向和確定的比值Fm/(qv)，與試驗電荷的，與試驗電荷的性質(zhì)無關(guān)，反映了磁場在該點的方向和強弱特征，性質(zhì)無關(guān)，反映了磁場在該點的方向和強弱特征，為

8、此，定義一個矢量函數(shù)磁感應強度：為此，定義一個矢量函數(shù)磁感應強度：qBvmFxyzGs10T14 由正電荷所受力由正電荷所受力的方向出發(fā)，按右的方向出發(fā)，按右手螺旋法則，沿小手螺旋法則，沿小于于 的角度轉(zhuǎn)向正的角度轉(zhuǎn)向正電荷運動速度電荷運動速度v v 的的方向，這時螺旋前方向，這時螺旋前進的方向便是該點進的方向便是該點B B的方向。的方向。上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出人體磁場極弱，人體磁場極弱，如心電激發(fā)磁場如心電激發(fā)磁場約約3 31010-10-10T T。測測人體內(nèi)磁場分布人體內(nèi)磁場分布可診斷疾病，圖可診斷疾病，圖示磁共振圖象示磁共振圖象。地

9、球磁場約地球磁場約5 51010-5-5T T。大型電磁鐵磁大型電磁鐵磁場可大于場可大于2 2T T。超導磁體能激超導磁體能激發(fā)高達發(fā)高達25T25T磁磁場；原子核附場；原子核附近可達近可達10104 4T T；脈沖星表面高脈沖星表面高達達 10108 8T T一些磁場的大?。阂恍┐艌龅拇笮。荷享撋享?下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 為形象描述磁場分布情況為形象描述磁場分布情況, ,用一些假想的有方向用一些假想的有方向的閉合曲線的閉合曲線-磁感應線代表磁場的強弱和方向。磁感應線代表磁場的強弱和方向。I直電流直電流I圓電流圓電流螺線管電流螺線管電流II上頁上頁

10、 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出磁感應線的性質(zhì)磁感應線的性質(zhì)與電流套連與電流套連閉合曲線閉合曲線( (磁單極子不存在磁單極子不存在) )互不相交互不相交方向與電流成右手螺旋關(guān)系方向與電流成右手螺旋關(guān)系上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出規(guī)定：規(guī)定：B B（3 3）磁感應線密集處磁場強；磁感應線稀疏處磁場弱。）磁感應線密集處磁場強；磁感應線稀疏處磁場弱。磁感應線上任意一點的切向代表該點磁感應線上任意一點的切向代表該點B的方向；的方向；垂直通過某點單位面積上的磁感應線數(shù)目等于該點垂直通過某點單位面積上的磁感應線數(shù)目等于該點

11、B 的大小的大小SB磁感應線磁感應線上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 磁通量磁通量磁通量：磁通量：穿過磁場中任一給定曲面的磁感線總數(shù)穿過磁場中任一給定曲面的磁感線總數(shù)。 對于曲面上的非均勻磁場，一般采用微元分對于曲面上的非均勻磁場，一般采用微元分割法求其磁通量。割法求其磁通量。dSenSSBd單位：單位：韋伯韋伯(Wb(Wb) )cosddSBSBd對所取微元，磁通量：對所取微元，磁通量：對整個曲面，磁通量：對整個曲面，磁通量：上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出選擇進入下一節(jié)選擇進入下一節(jié)8 8-0 0 教學基本要求教學基本要求8-1 恒定電流恒定電流8-2 磁感應強度磁感應強度8-3