大學(xué)物理教程ch-

?第十章第一講第三篇相互作用和場(chǎng)第十章運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用和穩(wěn)恒磁場(chǎng)第十章運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用穩(wěn)恒磁場(chǎng)學(xué)時(shí)：10我曾確信，在磁場(chǎng)中作用在一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體上的電動(dòng)力不過(guò)是一種電場(chǎng)力罷了，正是這種確信或多或少地促使我去研究狹義相對(duì)論。

——愛(ài)因斯坦結(jié)構(gòu)框圖運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度畢-薩定律磁場(chǎng)的高斯定理安培環(huán)路定理磁場(chǎng)的基本性質(zhì)洛侖茲力安培定律帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)霍耳效應(yīng)磁力和磁力矩磁力的功順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)的磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度介質(zhì)中的安培環(huán)路定理難點(diǎn)運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用，磁場(chǎng)是電場(chǎng)的相對(duì)論效應(yīng)，磁介質(zhì)，重點(diǎn)基本概念：磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁通量，電流磁矩，基本規(guī)律：磁場(chǎng)疊加原理，

畢－薩定律及其應(yīng)用，穩(wěn)恒磁場(chǎng)高斯定理和環(huán)路定理，磁場(chǎng)的基本性質(zhì)（無(wú)源場(chǎng)、渦旋場(chǎng)）基本計(jì)算：穩(wěn)恒磁場(chǎng)分布，洛侖茲力，安培力，磁力矩，§10.1運(yùn)動(dòng)電荷間相互作用要求：了解處理問(wèn)題的思路，理解結(jié)論的物理意義磁場(chǎng)是從哪里來(lái)的？？？？具體含義出發(fā)點(diǎn)：討論運(yùn)動(dòng)電荷間相互作用本節(jié)討論的“運(yùn)動(dòng)”電荷相互作用不是指場(chǎng)源電荷與檢驗(yàn)電荷間相對(duì)運(yùn)動(dòng).而是指對(duì)觀察者而言，場(chǎng)源電荷、檢驗(yàn)電荷是運(yùn)動(dòng)的.上一章討論的電相互作用：場(chǎng)源電荷相對(duì)于觀察者靜止（靜電場(chǎng)）無(wú)論檢驗(yàn)電荷相對(duì)于觀察者（場(chǎng)源電荷）運(yùn)動(dòng)或靜止：場(chǎng)中檢驗(yàn)電荷受力求解分布場(chǎng)源電荷相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)（非靜電場(chǎng)）場(chǎng)中檢驗(yàn)電荷受力如何？其電場(chǎng)如何分布？一.運(yùn)動(dòng)電荷周圍的電場(chǎng)前提：（2）高斯定理對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷電場(chǎng)仍成立.

（高斯定理比庫(kù)侖定律普遍）（3）洛侖茲變換適用.（1）在不同參考系中，電荷的電量不變.

（為相對(duì)論不變量）：固接于觀察者：固接于電容器以一個(gè)特例來(lái)研究運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng)，所選研究對(duì)象：極板為正方形的平行板電容器電場(chǎng)（a）討論電場(chǎng)+-（b）討論電場(chǎng)+-邊長(zhǎng)（原長(zhǎng)）：帶電量：電荷密度：電場(chǎng)分布：板外板間中:電容器靜止（情況相同）中:電容器以速率沿軸運(yùn)動(dòng).電荷密度:帶電量:邊長(zhǎng):S系中非靜電場(chǎng)分布:仍有面對(duì)稱性.S′系中靜電場(chǎng)分布:面對(duì)稱性電場(chǎng)分布:仍有面對(duì)稱性;高斯定理仍成立.板外板間即在方向上帶電量:邊長(zhǎng):板間距離縮短電荷密度：即在方向上（b）電場(chǎng)分布推廣：運(yùn)動(dòng)電荷電場(chǎng)分布的一般規(guī)律.在電荷相對(duì)其靜止的參考系中：（靜電場(chǎng)）在電荷相對(duì)其運(yùn)動(dòng)的參考系中：（運(yùn)動(dòng)電荷電場(chǎng)）平行于相對(duì)速度方向的場(chǎng)強(qiáng)分量不變.垂直于相對(duì)速度方向的場(chǎng)強(qiáng)分量擴(kuò)大倍.g當(dāng)場(chǎng)源電荷相對(duì)于觀察者沿方向以勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)：電場(chǎng)強(qiáng)度在不同慣性系中的變換公式：

[例一]

在S系中以沿x

軸勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷q

的電場(chǎng).（電場(chǎng)對(duì)x軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布，可只討論xy平面內(nèi)的情況。）q建立固接于的系：qq式中至場(chǎng)點(diǎn)位矢與夾角.討論：與系中（靜電場(chǎng)）比較可知E（）分布：比較：在系中（靜電場(chǎng)球?qū)ΨQ分布）在S系中（運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng)，無(wú)球?qū)ΨQ性）對(duì)方向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布靜止電荷的電場(chǎng)二者比較運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng)二.運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用思路：因?yàn)橹恢趫?chǎng)源電荷相對(duì)觀察者靜止時(shí)有成立.，所以先在固結(jié)于場(chǎng)源電荷的系中求，至系中再用相對(duì)論變換問(wèn)題：S系（觀察者）中場(chǎng)源電荷以運(yùn)動(dòng)檢驗(yàn)電荷以運(yùn)動(dòng)求場(chǎng)源電荷與檢驗(yàn)電荷的相互作用由p270

10.1-4式有：設(shè)系中：由：得：相對(duì)論力的變換式：（教材P1858.4-13式）將變換回S系：將變換回S系時(shí)要用到速度變換由洛倫茲速度變換（P1648.2-14式）檢驗(yàn)電荷以運(yùn)動(dòng)：設(shè)系中系代入相對(duì)論力的變換公式（P1858.4-13式）得：得在系中看來(lái)，以運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)源電荷和以運(yùn)動(dòng)的檢驗(yàn)電荷間相互作用：令為磁感應(yīng)強(qiáng)度電場(chǎng)力磁場(chǎng)力得：只與場(chǎng)源電荷有關(guān)（教材p274*）運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用：檢驗(yàn)電荷相對(duì)于觀察者的速度磁感應(yīng)強(qiáng)度：場(chǎng)源電荷相對(duì)于觀察者的速度磁場(chǎng)力：與場(chǎng)源電荷、檢驗(yàn)電荷相對(duì)于觀察者的速度均有關(guān)。電場(chǎng)力：與場(chǎng)源電荷相對(duì)于觀察者的速度有關(guān)；與檢驗(yàn)電荷相對(duì)于觀察者的速度無(wú)關(guān)。所以磁場(chǎng)力只是運(yùn)動(dòng)電荷相互作用力的一部分，不是空間又出現(xiàn)了一個(gè)新的場(chǎng)，而是為了處理問(wèn)題方便，人為地定義了一個(gè)新的場(chǎng)——磁場(chǎng).磁場(chǎng)是電場(chǎng)的相對(duì)論效應(yīng)。

電磁場(chǎng)是統(tǒng)一的整體，在不同條件下表現(xiàn)形式不同，其物理圖象是：我曾確信，在磁場(chǎng)中作用在一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體上的電動(dòng)力不過(guò)是一種電場(chǎng)力罷了，正是這種確信或多或少地促使我去研究狹義相對(duì)論。

——愛(ài)因斯坦注意：在電磁學(xué)中，無(wú)論速度多么?。╲<<c），伽利略變換都不適用，電磁場(chǎng)的變換必須應(yīng)用相對(duì)論變換。檢驗(yàn)電荷靜止——只受電場(chǎng)力運(yùn)動(dòng)（相對(duì)觀察者）電場(chǎng)力磁場(chǎng)力場(chǎng)源電荷靜止電荷—激發(fā)靜電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷（相對(duì)于觀察者）激發(fā)電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)要求：對(duì)磁場(chǎng)的來(lái)源，電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性，在不同條件下的表現(xiàn)形式形成清晰的物理圖象；從物理學(xué)認(rèn)識(shí)客觀世界規(guī)律，探求事物的本質(zhì)及其相互關(guān)系的方法中得到啟發(fā)。電現(xiàn)象磁現(xiàn)象電流的磁效應(yīng)電磁感應(yīng)麥克斯韋方程磁場(chǎng)是電場(chǎng)的相對(duì)論效應(yīng)§10.2磁感應(yīng)強(qiáng)度畢—沙定律及其應(yīng)用一.磁感應(yīng)強(qiáng)度1.定義：磁場(chǎng)是電場(chǎng)的相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)于觀察者以勻速直線運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)電荷的磁場(chǎng).[例]

將解：代入定義真空磁導(dǎo)率：在條件下得：大?。悍较颍河沂致菪▌t，垂直于、決定的平面二者比較磁感應(yīng)線在y、z平面附近更密集，電荷攜帶著這樣的磁場(chǎng)分布向前運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)2.磁場(chǎng)疊加原理如果空間不止一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷，則空間某點(diǎn)總磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源電荷單獨(dú)在該點(diǎn)激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和：練習(xí)：p30910-5已知：求：解：在L上取的大小，方向？以沿運(yùn)動(dòng)各在點(diǎn)處同向：方向垂直于紙面向里.二.畢—沙—拉定律1820年4月:

丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（1777～1851）發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。“猛然打開了科學(xué)中一個(gè)黑暗領(lǐng)域的大門?！?/p>

——法拉第歷史之旅1820年8月:

法國(guó)物理學(xué)家阿拉果在瑞士得到消息，并于9月向法國(guó)科學(xué)院介紹了奧斯特實(shí)驗(yàn)，引起極大反響。1820年10月：法國(guó)物理學(xué)家畢奧和沙伐爾發(fā)表《運(yùn)動(dòng)的電傳遞給金屬的磁化力》，提出直線電流對(duì)磁針作用的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。法國(guó)數(shù)學(xué)、物理學(xué)家拉普拉斯由實(shí)驗(yàn)規(guī)律推出載流線段元（電流元）磁場(chǎng)公式。畢奧和沙伐爾用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該公式。歷史之旅求解電流磁場(chǎng)分布基本思路：將電流視為電流元的集合電流元磁場(chǎng)公式磁場(chǎng)疊加原理電流磁場(chǎng)分布畢－沙－拉定律：電流元產(chǎn)生磁場(chǎng)的規(guī)律與點(diǎn)電荷電場(chǎng)公式的作用、地位等價(jià).推證：出發(fā)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷磁