赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场

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1、第四章(真空中)稳恒电流的磁场magneticfield磁现象研究发展概要1820年9月,法国人阿拉果经过一段时间的旅行,回到法国,并带来了丹麦奥斯特发现电流磁效应的消息,这在法国科学界引起了轰动.安培、毕奥、萨伐尔迅速开展了关于这种效应的定量研究。安培开展独立研究平行载流导线之间相互作用的研究，并通过一系列的实验（课本小字部分）由此发展得到安培定律。毕奥和萨伐尔合作开展研究，发现了载流长直导线对磁极作用反比于距离r的实验结果,这是人们第一次得到电流磁效应的定量结果，并确定了电流对磁极的作用力为横向力。拉普拉斯参与实验分析，推导得到了电流元产生磁场的毕奥和萨伐尔定律。奥斯汀发现电

2、流磁效应的半年后，就基本建立了电流磁场的知识体系。电学、磁学合并成为一个新的学科：电磁学。1820年之前（库仑实验：1784--1785），人们认为磁和电是没有关系的物理问题。1820年丹麦人奥斯特的电流的磁效应揭示：运动的电产生磁。发现的意义：电磁之间有相互联系。作业：p255思考题2习题6,10,20,25,30§1.磁的基本现象和规律1.1不同的磁作用形式（1）磁铁磁铁天然磁铁：Fe3O4人工磁铁:铷铁硼合金钴镆合金等最新进展：日本采用纳米技术制备强磁性氮化铁物质成分条形磁铁的两端磁性强，称作磁极，中部磁性弱，称作中性区磁铁分区中性区磁极N指南针指南原理S作用规律：同性相斥

3、、异性相吸（2）电流线—磁铁（电流磁效应奥斯特实验）实验现象实验结论电流对磁铁有作用分析电流方向变化、磁针转动方向也变化对比磁铁间的作用，电流产生了磁。电流的本质是运动的电荷运动的电荷产生磁场磁与电的关系历史真相启示：（1）机遇总是垂青准备的头脑－－奥斯特信奉康德哲学，认为世界上的各种力可以相互转化；（2）技术发展是推动科学发展的动力－－伏打电池的发明，为研究电流磁效应奠定基础－－重视实验研究；（3）我国科学源头创新的困境思考。问题电流对磁铁有作用，磁铁对电流是否有作用？II实验I=0N极向内结论和磁铁一样，载流导线不仅具有磁性，也受磁作用力（3）电流电流(应该存在作用力

4、)实验IIII结论作用规律同向电流相吸异向电流相斥问题载流导体也具有磁极?磁铁磁铁磁作用具有极性特点电流电流磁作用也具有极性特点载流螺线管磁极的确定方法：右手法则载流螺线管与磁铁的作用NSIINS电流总结：磁作用的表现形式磁铁磁铁电流分析电荷之间的库伦作用力通过电场来传递，上述各种作用应该具有相同的作用机理，上述作用力也应该通过一种场来传递，3.磁场磁场这种场就是磁场问题磁铁磁场电流磁场是一种产生方式？还是两种产生方式?磁场的概念最早由法拉第提出，是当时物理学的一个创举，爱因斯坦认为场的价值比电磁感应高许多。学习过程：力场，物理本源：电磁场场粒子电磁力分析载流螺线管条形磁铁

5、实验表明:磁性特征相同产生磁场的源应该相同环向电流环向电流1822安培提出：组成磁铁的最小单元(磁分子)就是环形电流，这些分子环流定向排列，在宏观上就会显示出N、S极。安培分子环流假说图示NS磁铁内部分子电流相互抵消等效宏观表面电流为什么是假说？安培提出了分子环流，但在安培时代，还没有建立物质的分子、原子模型。因此，安培的模型为假说。现代观点物质组成：分子、原子原子：原子核（正电）+电子（负电）电子绕核旋转+电子自旋分子环流经典模型磁场的本源相互作用模型的统一运动的电荷导线中的传导电流磁铁中的分子环流电流分子环流磁铁电流磁场传导电流载流线分子环流传导电流库仑力与磁力的区别运动电荷

6、之间的作用静止（相对静止）电荷之间的作用（束缚电流）3.安培定律库仑力、磁力的对比定量描述定律磁作用力库仑力库仑定律？定律地位基本规律高斯环路（应该为）基本规律??实验上可以得到近似的点电荷相对简单明了研究难易相对简单相对复杂没有简单的电流元（稳恒电流必须构成闭合回路）历史过程相对曲折（B、H，磁荷观点）讲授过程简单简单化处理3.安培定律研究内容：两个电流元之间的磁相互作用力说明：不同于库仑定律的发现，安培没有能直接通过实验得到电流元之间磁相互作用力。（原因？）研究过程：提出了一个假设，设计了四个实验，根据实验结果，通过数学分析得到了安培定律。I1I2说明：实验二矢量和推导安培定

7、理的四个示零实验实验一电流反向IIIIII实验四：作用力与几何尺度d1:d2=n:1d1d2R1:R2:R3=:1:n1n无定向秤实验三：作用力方向C弧形导体水银槽垂直结构固定绝缘柄运动限制F?安培假设：两个电流元之间的相互作用力沿它们的连线安培定理的数学表达：安培最初的数学表达式错误之一：作用力沿电流元之间的连线正确的安培定理数学表达式该公式与安培实验结果相符（自行验证）安培定理数学表达式说明见下页安培定理数学表达式的说明I1I2dF12的方向与电流元空间取向的关系平面I平面