大学物理学（少课时）第2版 课件 9.1-9.2 电流的磁场

第九章电流的磁场

§9-1基本磁现象

§9-2磁场磁感应强度

§9-3毕奥-萨伐尔定律

§9-4稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理

§9-5磁场对载流导线和载流线圈的作用

§9-6磁介质对磁场的影响

§9-7铁磁质

第一节

基本磁现象一、磁现象二、磁现象的本质生活中磁的应用无处不在一、磁现象1、中国古代在磁现象发现和应用方面的贡献：磁石吸铁方面的最早记载：《吕氏春秋》：石，铁之母也。以有慈石，故能吸其子。一、磁现象唐代《元和郡县志》：“秦磁石门，即阿房宫之北门也，…累磁石为之。着铁甲入者，磁石吸之不得过。羌胡以为神。”“安检系统”一、磁现象中国在磁学方面的贡献：最早发现磁现象：磁石吸引铁屑

东汉王充《论衡》描述：司南勺——最早的指南器具。北宋时期已经利用磁针制造指南针并应用于航海

。公元1600年，英国人吉尔伯特（M.Gilbert）发表《论磁体》一书

。司南勺早期的磁现象包括:

(1)天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。

(2)条形磁铁两端磁性最强，称为磁极。任一磁铁总是两极同时存在，在自然界不存在独立的N极、S极。同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。磁单极子虽理论预言存在，至今尚未观察到。

(3)地球本身为一个大磁体，地球磁体N、S极与地理南北极不是同一点。存在磁偏角。著有《中国科学技术史》的英国科学家李约瑟指出:“作为一个整体的现代科学没有发生在中国，它发生于西方——欧美。这有什么原因呢？”制度问题：科举制度，闭关锁国从文化视角看：我过传统文化讲究“实用”，缺乏科学探索，建立理论思维的动力。从科学方法看：满足表面现象，但没有严格意义下的实验和归纳法。爱因斯坦：“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的，即希腊哲学家发明的形式逻辑体系（在欧几里得几何学中），以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系（在文艺复兴时期）。”科学方法论：从“一般到特殊”，理论上的演绎法；从“特殊到一般”，以实验为基础的分析和归纳法。科学复兴一、磁现象生物磁现象2015年北京大学谢灿教授在《自然-材料》发表标题为《一个磁性蛋白生物指南针》的研究论文。此论文意味着，人类首次发现了动物体内的“生物指南针”。2、中国近年来在磁研究和应用方面的重大进展纯铁铸造界和回旋加速器界的“天下第一大饼”2014年我国制成世界最大紧凑型强流质子回旋加速器大科学设备2019年8月8日，由新奥集团自主设计建造的中国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置——新奥“玄龙-50”在廊坊建成，并实现了第一次等离子体放电，正式启动物理实验。45.22万高斯！我国刷新这一领域保持23年的世界纪录。磁敏传感器1751年，富兰克林发现莱顿瓶放电可以使缝衣针磁化。1785～1789年，库仑测量磁铁之间的相互作用力，与电荷之间的相互作用力相似。1731年，英国商人发现雷电后，刀叉具有磁性。但是人们很长时间曾认为磁和电是两类截然不同的现象。1、电和磁联系的一些早期线索二、磁现象的本质NNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS分割不出单独的N极或

S极NS2、电和磁不同之处二、磁现象的本质2.实验探求（1931年—今）

人类对磁单极的探寻从未停止

上穷碧落下黄泉，两处茫茫皆不见一旦发现磁单极，将改写电磁理论。二、磁现象的本质INS

1819年,奥斯特实验首次发现了电流与磁铁间有力的作用，才逐渐揭开了磁现象与电现象的内在联系。

在历史上很长一段时期里,人们曾认为磁和电是两类截然不同的现象。1820年7月21日，奥斯特以拉丁文报导了60次实验的结果。二、磁现象的本质磁现象和电现象之间有着密切的联系1.通过电流的导线(也叫载流导线)附近的磁针，会受到力的作用而偏转2.放在蹄形磁铁两极间的载流导线，也会受力而运动3.载流导线之间也有相互作用力。当两平行载流直导线的电流方向相同时，它们相互吸引；电流方向相反时，则相互排斥4.通过磁极间的运动电荷也受到力的作用。二、磁现象的本质（2）奥斯特实验的重要性：

首次揭示了电和磁的联系，宣告电磁学作为一个统一学科的诞生，开启了电磁学的蓬勃发展之门。二、磁的本质-电和磁的联系严谨的科学态度：“我不喜欢没有实验的枯燥的讲课，因为归根到底，所有科学进展都是从实验开始的。”机遇：法国著名生物学家巴斯德在讲述奥斯特的发现时，说过一句名言：“在观察的领域里，机遇只偏爱那些有准备的头脑。”（3）奥斯特实验的启示：辩证的哲学方法指导：不能用孤立静止的方法来研究自然界，而要用联系发展的观点来研究自然界。1、安培的实验安培抢抓科学机遇！磁体

载流导线磁体线圈磁体磁体磁场电流电流？二、磁现象的本质电流与电流通电螺线管与条形磁铁等效磁体为什么有磁性？志同道合道不同不相为谋二、磁现象的本质23Ls2、安培分子电流假说（1822年）

一切磁现象的根源是电流（运动电荷）的存在。磁性物质的分子中存在着“分子电流”，每个分子电流相当于一个小磁针（称为“基元磁铁”），物质的磁性取定于物质中分子电流的磁效应之总和。NS二、磁现象的本质NS解释磁化与消磁磁化：可视为使物质中的分子电流排列整齐显示出总体效果。二、磁现象的本质3、安培分子电流假说意义（1）成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象。（2）安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系。（3）安培的分子电流假说一定程度上揭示了磁性的起源，认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。（4）安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。二、磁现象的本质4、安培分子电流假说提出的科学方法所谓“分子”，是指构成物质的基元，当时对物质结构和分子、原子的认识还很肤浅。在这样的背景下，安培根据实验的种种表现，作出了重要的抽象，显示出大师的风范。

严谨的科学态度，大胆浪漫的想象能力！二、磁现象的本质第二节

磁场

磁感应强度一、磁场二、磁感应强度§9-2

磁场磁感应强度

电荷(不论静止或运动)在其周围空间激发电场，而运动电荷在周围空间还要激发磁场；在电磁场中，静止的电荷只受到电力的作用，而运动电荷除受到电力作用外，还受到磁力的作用。电流或运动电荷之间相互作用的磁力是通过磁场而作用的，故磁力也称为磁场力。静电荷电场静电荷磁场运动电荷运动电荷注意:这里所说的运动和静止都是相对观察者说的，同一客观存在的场，它在某一参考系表现为磁场，而在另一参考系中却可能表现为电场。一、磁场二、磁感应强度如何定量地描述磁场？阳极NS电子束-+阴极如何定义磁感应强度？

研究带电量为q，速度为v的运动试探电荷处于磁场中受力情况。引入新的物理量磁感应强度描述磁场。

P*实验结果（1）带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关。带电粒子在磁场中某点P

沿某一特定方向（或其反方向）运动时不受力，且此特定方向与小磁针指向一致。运动方向运动速率v带电量qNS+不变不变改变研究磁场中运动电荷所受的作用力控制变量法二、磁感应强度（2）带电粒子在磁场中沿其它方向运动时，其受力垂直于与磁场方向所组成的平面。（3）当带电粒子在磁场中垂直于磁场方向运动时受力最大。二、磁感应强度垂直于磁场不变改变运动方向运动速率带电量实验结果：（1）运动速率和带电量改变，力的大小改变（2）但是比值不变单位

特斯拉磁感强度大小：二、磁感应强度方向：可按右手螺旋法则确定大小：

单位：T（特斯拉）,Gs（高斯）

由实验结果可见，磁场中任何一点都存在一个固有的特定方向和确定的比值Fm/(qv)，与试验电荷的性质无关，反映了磁场在该点的方向和强弱特征，为此，定义一个矢量函数磁感应强度：

由正电荷所受力的方向出发，按右手螺旋法则，沿小于π的角度转向正电荷运动速度v的方向，这时螺旋前进的方向便是该点B的方向。人体磁场极弱，如心电激发磁场约3×10-10T。测人体内磁场分布可诊断疾病，图示磁共振图像。地球磁场约5×10-5T。大型电磁铁磁场可大于2T。超导磁体能激发高达25T磁场；原子核附近可达104T；脉冲星表面高达108T。一些磁场的大小：三、磁感应线1、磁感应线规定：引入假想的一簇曲线形象地描述磁场（1）曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度

的方向。（2）曲线的疏密程度表示该点的磁感强度的大小。

磁场中某点通过垂直于的单位面积的磁感线条数等于该点处磁感