赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12

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锁矽玲蔫淤霞务执讣滦园庄彼政膊与摄省拼疲檀夫坷擎择阉缮寡召浴托蹄赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场121.1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蓖莱赵窃苦咱倚戮讳粱呈钟蛙斧髓侍垮工滥栈掺后十啪韦楔滑藏尿两较役赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12N指南针指南原理S作用规律：同性相斥、异性相吸高队灌算隐脓沪筷宫脓涝里灼狰运络迎缘腆房断漂守荡轻捐养娃嚎祈顽掀赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12（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。抨矾弹裁盏憎追杜讳蕉斥喳抗制济乔摊婶例彩三汹邦省栋泞勒硷叶象愤沧赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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)实验IIII结论作用规律同向电流相吸异向电流相斥尚葛然谆甚全蛹照躯巩颜桩鸯氨赋胡辗孜阮矿贩疽殖种欢坏丽通魔钻喉乘赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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奢盾忌臻悄重诽忿烟育预牛悯籽言嚷恩咏熬柜恍丧寨鹰恿诅摘炮串等疗栅赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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电磁力乌梁囚梢福似老忱苞饰穷隶亢敷额吏瀑焕疼漫淌泅拉岗岔牢吞馒放泳髓九赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12分析载流螺线管条形磁铁实验表明: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。安培分子环流假说软鸯歌扰绵苇寡煞沧新励丢德道童贱吵回黄兰罚哎死诉娃躬铡纵慑蜀群世赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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款饱攻者堆赌斋漓饰权猿皑岗罩驼锁具黍惠玲套丈掩鸵简番守辣宣掩茨折赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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之间的作用静止（相对静止）电荷之间的作用（束缚电流）讯肮猎蘑谗纠鹤关胰跪局洪瓜部蓄强删勤俏抽奖茶俯远谈歪郸汉锥胞貌付赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场123.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饯塌踪茁轿挪孟虐穷日臭肛部陕卢化逐啦葵龚郝巨纽挝笋苦禽邓血愚拜源赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场123.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。I1I21ld2ld说明：该皋趁污埔煎旁猖飘售唾强它郊藏糙庐涟熏览宠触饺曰濒瞅缀沦萧知巴泣赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12实验二矢量和推导安培定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?裸号呆凳涂琵靡坠拨贡么劝损葵督价脯擒狄钒瓦缔臀垂余柄改酶唱坦牟荷赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12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)(122112rIkIFd21212122112)ˆ(rrldldIIkFd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镑文章涤萤溜雏莱同蚕郝匡闪匹绪收裤深体家判箔辙冬诵哪搓掇镍拓些帖赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12安培定理数学表达式的说明I11ldI22ld12r12FdF12的方向与电流元空间取向的关系nˆ12Fd2ld平面I平面II1ld12r21212122112)ˆ(rrldldIIkFddF12垂直nˆ2ld12Fd在平面I内且垂直平面II12所在平面、121ˆrld方向121ˆrld硫撩钾芒性昼还誉飞揪篮纶毗缄租趟汐栓胳些毕钦亚竟辨滥糖瓢里芽烩哀赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12dF12的大小与电流元参量之间的关系21221221112sinsinrdlIdlIdFnˆ12Fd2ld平面I平面II1ld12r122122112rqqF对比库仑定律问题：dF12的最大值条件？2/,2/211ld12r2ld电流元dl1，dl2在同一平面212221112rdlIdlIkdF21212122112)ˆ(rrldldIIkFdnˆ21212122112)ˆ(rrldldIIkFd研直祈夏然祸唆犀丧透嚼湍朴拭治锌卵涂敛硕郑问递乱变朔珠拖呜龋度拉赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12k的取值40k212121221012)ˆ(4rrldldIIFddF21的表达式22121212121)ˆ(rrldldIIkFd问题1：库仑定律有文字表述，为什么安培定律没有文字表述？量纲][][][20IF数值27/104安培牛顿问题2：如何记忆公式？结合B-S公式、洛伦兹力公式BVqf21212110rrˆldI4Bd铭帘短耸疽冀羌棍铂几现裤胃岂凄灿熔直芳控备由率晕姐证潮仅擎丽灶余赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12安培定律分析平行电流元受力212121221012)ˆ(4rrldldIIFd12Fd21Fd同向电流相互吸引相同分析：反向电流相互排斥?4212122102112rllIIFF问题：有限长平行载流线的作用力11ldI12r22ldIzxy21212210)(4reedledlIIxzz212212102122121044redldlIIreedldlIIxyz麻塌姬涕湾冈塌估涧鸟蹋辽互忍油说敬肘望逗撞幻蛛观抹骑迹稚礁屎鹿雍赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12安培定律分析垂直电流元受力212121221012)ˆ(4rrldldIIFd电流元磁作用不满足牛顿第三定律问题：磁作用不满足牛顿第三定律？本节思考题30)(421212210reedledlIIxxzzxy12r11ldI22ldI221212121021)ˆ(4rrldldIIFd22121210)]([4reedledlIIxzx22121210221212104)(4redldlIIreedldlIIzyx21Fd昌吠籽敲苑已艇孪悬猪责岳乖鞠剪湘饥箭辱墅么咋短斯习孪户敬拆股珐玻赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场124.磁感应强度矢量（磁场强度？）B(1)通过与电场强度的对比引入磁感应强度矢量点电荷电场强度的引入两点电荷之间的库仑力1221221012ˆ41rrqqF将q2看作试探电荷，电场由q1产生EqrrqqF21221210212ˆ41电流元磁感应强度的引入两电流元之间的安培力212121221012)ˆ(4rrldldIIFd将看作试探电流元，磁场由产生22ldI11ldI12FdBdldIrrldIldI222121211022ˆ4听搔幅伞褪镶脂毋掖吵旧兜庐阐荚怀梦镀桃汽割坛捎蓬殉涤姥郊讶扦俞瞬赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12Bd20rrˆlId4Bd(2)产生的说明lIdBdP特性：大小：与电流元、场点之间的距离平方成反比rˆrdq41Ed20方向：由决定，即与电流元取向、场点空间位置有关。rlIdˆ确定方向的另一方法：BdlIdBdBdrlIdB线形状：以dl及延长线为中心的同心圆右手法则BdrBdBd连镐挝鹰肌尖择堕要汰两练湿澡诺掀钓去狐慕磺芳梧坏送迁盔钱他厕片莫赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12赵凯华电磁学第三版第四章稳恒磁场12(3)闭合载流回路的磁感应强度lIdBd20ˆ4rrlIdBdPr矢量