物理學(xué)教程(第二版)11-3磁感應(yīng)強(qiáng)度(新)

1、S+N電子束電子束dSB 人類發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象要比發(fā)人類發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象要比發(fā)現(xiàn)電現(xiàn)象早得多早在公元現(xiàn)電現(xiàn)象早得多早在公元前數(shù)百年古籍中就有了磁前數(shù)百年古籍中就有了磁石能吸引鐵塊的記載石能吸引鐵塊的記載。 元代指南龜 中國古代中國古代 對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí) 論衡論衡中曾有記述：中曾有記述：“司南之杓，投之于地，其柢指南司南之杓，投之于地，其柢指南”.東漢王充東漢王充 司南之杓司南之杓 在戰(zhàn)國晚期成書的在戰(zhàn)國晚期成書的呂氏春秋呂氏春秋中中，就有就有 “慈石召鐵，或引之也慈石召鐵，或引之也”的話的話。這種吸鐵性曾這種吸鐵性曾被喻為慈母愛戀子女被喻為慈母愛戀子女，因此因此，秦漢以前秦漢以前，都把都把磁石

2、寫成磁石寫成“慈石慈石”。我國東漢時(shí)期的王充指出古代我國東漢時(shí)期的王充指出古代的的“司南酌司南酌”是個(gè)指南針是個(gè)指南針，并在并在11世紀(jì)的世紀(jì)的武經(jīng)總要武經(jīng)總要（1044年）中敘述了制造指南針的方法中敘述了制造指南針的方法。12世紀(jì)初我國已將指南針用于世紀(jì)初我國已將指南針用于航海船上航海船上，而指南針傳入歐洲已而指南針傳入歐洲已是是1190年的年的12世紀(jì)末了世紀(jì)末了。慈石慈石司南酌司南酌SN馬蹄磁鐵馬蹄磁鐵北宋科學(xué)家沈括在北宋科學(xué)家沈括在夢(mèng)溪筆談夢(mèng)溪筆談中記述一種磁性指向儀器中記述一種磁性指向儀器: :沈括的指南針沈括的指南針 沈括還著重指出指南針?biāo)干蚶ㄟ€著重指出指南針?biāo)傅姆较虻姆较颉俺?/p>

3、微偏東常微偏東，不全南也不全南也”。這是中國有關(guān)這是中國有關(guān)磁偏角磁偏角的最早記的最早記載載大連出土元代磁州浮針瓷碗大連出土元代磁州浮針瓷碗 北宋初年北宋初年，（ 1044 ）年曾公亮的年曾公亮的武經(jīng)總要武經(jīng)總要介紹了一種介紹了一種“指南魚指南魚” 元代的元代的事林廣記事林廣記中記載有中記載有木刻指南魚和木刻指南龜木刻指南魚和木刻指南龜。木龜木龜有拇指大有拇指大, , 腹開一竅腹開一竅，嵌入天然嵌入天然磁石磁石，然后用蠟封住然后用蠟封住, , 旋定以后旋定以后會(huì)指南會(huì)指南。木魚沒入水中可以自由木魚沒入水中可以自由旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，旋定以后也會(huì)指南旋定以后也會(huì)指南。木龜木龜磁石磁石黃蠟黃蠟指針指針木板木

4、板竹釘竹釘元代指南龜元代指南龜木龜和木魚木龜和木魚明代航海用水羅盤明代航海用水羅盤自南宋至明中葉自南宋至明中葉: : 我國我國航海中所用的羅盤航海中所用的羅盤，都是都是“水羅盤水羅盤”所謂水羅盤所謂水羅盤，是指磁針浮于水面是指磁針浮于水面，沒沒有固定支點(diǎn)的水浮針盤有固定支點(diǎn)的水浮針盤。明初隨鄭和明初隨鄭和下西洋的鞏珍下西洋的鞏珍，在他的在他的西洋番國志西洋番國志自序中曾對(duì)這種水羅盤作了記述自序中曾對(duì)這種水羅盤作了記述： “皆水木為盤皆水木為盤，書刻干支之字書刻干支之字，浮針浮針于水于水,指向行舟指向行舟。”(1522 - - 1566) 南宋咸淳年間南宋咸淳年間(12651274)吳自吳自牧在

5、牧在夢(mèng)梁錄夢(mèng)梁錄里記里記道道： “風(fēng)雨冥晦時(shí)惟風(fēng)雨冥晦時(shí)惟憑針盤而行憑針盤而行，乃火長乃火長掌之掌之，毫厘不取差誤毫厘不取差誤蓋一舟人命所系也蓋一舟人命所系也” 這是中國航海中使用這是中國航海中使用羅盤的最早記載羅盤的最早記載。11-3 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理一一. . 基本磁現(xiàn)象基本磁現(xiàn)象SN磁鐵間的相互作用磁鐵間的相互作用SN同性相斥同性相斥 異性相吸異性相吸S 極極、N 極集于一體極集于一體，至今尚未找到磁單極至今尚未找到磁單極。ISN電流對(duì)磁鐵的作用電流對(duì)磁鐵的作用奧斯特實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)（丹麥物理學(xué)家丹麥物理學(xué)家） 奧斯特從奧斯特從1807年到年到1820年用

6、了將近年用了將近13年時(shí)年時(shí)間尋找電流對(duì)磁針的作用間尋找電流對(duì)磁針的作用, ,未果未果。 1820年年4月終月終于發(fā)現(xiàn)在通電直導(dǎo)線附近小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)于發(fā)現(xiàn)在通電直導(dǎo)線附近小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，后來后來又發(fā)現(xiàn)磁鐵也可以使導(dǎo)線發(fā)生偏轉(zhuǎn)又發(fā)現(xiàn)磁鐵也可以使導(dǎo)線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。ISN電流對(duì)磁鐵的作用電流對(duì)磁鐵的作用奧斯特實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)（丹麥物理學(xué)家丹麥物理學(xué)家）IIFF電流與電流之電流與電流之間的相互作用間的相互作用以后要學(xué)習(xí)的電流在磁場(chǎng)以后要學(xué)習(xí)的電流在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)力中所受的磁場(chǎng)力“安培力安培力”磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用電荷的作用S+N電子束電子束 電子實(shí)驗(yàn)使用的示電子實(shí)驗(yàn)使用的示波器波器、家用電視機(jī)中

7、家用電視機(jī)中的顯像管都體現(xiàn)了磁的顯像管都體現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)電荷的相互作用電荷的相互作用靜止電荷之間只產(chǎn)生電靜止電荷之間只產(chǎn)生電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)電荷之間不僅場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)電荷之間不僅產(chǎn)生電場(chǎng)而且產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)而且產(chǎn)生磁場(chǎng)+vFe電力電力Fm磁力磁力Fm磁力磁力+vFe電力電力所有磁現(xiàn)象可歸納所有磁現(xiàn)象可歸納A運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷A的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)B運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷B的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)生產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn)生產(chǎn)生于用作于用作作用于作用于 運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)電荷之間運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)電荷之間、電流和電流之電流和電流之間間、電流電流（或運(yùn)動(dòng)電荷或運(yùn)動(dòng)電荷）與磁鐵之間的相互與磁鐵之間的相互作用作

8、用，都可以看成是它們中任意一個(gè)所激發(fā)都可以看成是它們中任意一個(gè)所激發(fā)的磁場(chǎng)對(duì)另一個(gè)施加作用力的結(jié)果的磁場(chǎng)對(duì)另一個(gè)施加作用力的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明：運(yùn)動(dòng)電荷在運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中要受到磁力作用磁場(chǎng)中要受到磁力作用 2.當(dāng)電荷沿某一特定當(dāng)電荷沿某一特定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)磁力為零方向運(yùn)動(dòng)時(shí)磁力為零 規(guī)律規(guī)律：二、磁感應(yīng)強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量度矢量B3.當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)場(chǎng)方向垂直時(shí)，所受磁所受磁力最大力最大。并且并且：Fqv 4. 磁力與電荷量磁力與電荷量、運(yùn)動(dòng)速運(yùn)動(dòng)速度的比值度的比值是一定的是一定的，和和 無關(guān)無關(guān)，這個(gè)這個(gè)比值在磁場(chǎng)中不同位置處有比值在磁場(chǎng)中不同位置處有不同的量值不

9、同的量值，它反映了磁場(chǎng)它反映了磁場(chǎng)的空間分布的空間分布。Fqvqv1. 磁力大小和電磁力大小和電荷運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)荷運(yùn)動(dòng)方向有關(guān) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的大小的大小: :vBFm磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的方向的方向:（式中的（式中的v為正電荷運(yùn)動(dòng)方向）為正電荷運(yùn)動(dòng)方向）定義定義：qFmvB+oxyzB+ +- -vvvBF 0oxyzB+ +- -vvFmFmvBF F m 磁力大小和電荷運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系磁力大小和電荷運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系 B=FqvFmv1T = 104 Gs（高斯高斯）=NCm/s.= T（特斯拉）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的單位的單位：特斯拉特斯拉(Tesla) T=FmqvB牛頓牛頓庫

10、侖庫侖米米/秒秒測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，理論計(jì)算上一般是用理論計(jì)算上一般是用T 單位單位，但有的時(shí)候但有的時(shí)候在實(shí)際工程上也有用在實(shí)際工程上也有用“高斯高斯”作單位的作單位的。例如例如：測(cè)量地測(cè)量地球某處的磁場(chǎng)球某處的磁場(chǎng)、通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)用通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)用“高斯計(jì)高斯計(jì)”。磁場(chǎng)力磁場(chǎng)力F 、運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷q 、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者之間的矢量關(guān)系式三者之間的矢量關(guān)系式 F vqB三三. . 磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線：直線電流的磁感應(yīng)線直線電流的磁感應(yīng)線BI實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)室中用小磁針用小磁針N極極所指的方向定為該點(diǎn)所指的方向定為該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的方向的方向I確定磁感應(yīng)線

11、方向確定磁感應(yīng)線方向的幾個(gè)定則的幾個(gè)定則大拇指表示電流的流向大拇指表示電流的流向四個(gè)手指彎曲方向表示四個(gè)手指彎曲方向表示B 的方向的方向右手定則右手定則I圓電流的磁感應(yīng)線圓電流的磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線是圍繞電流的閉合曲磁感應(yīng)線是圍繞電流的閉合曲線線，無頭無尾無頭無尾，呈渦旋形呈渦旋形。磁感應(yīng)線的疏密程度磁感應(yīng)線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱磁場(chǎng)也稱渦旋場(chǎng)磁場(chǎng)也稱渦旋場(chǎng)通電螺線管的磁感應(yīng)線通電螺線管的磁感應(yīng)線II內(nèi)部磁感應(yīng)線疏密相等內(nèi)部磁感應(yīng)線疏密相等而且平行而且平行：勻強(qiáng)磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)四個(gè)手指彎曲方向表示電流的方向四個(gè)手指彎曲方向表示電流的方向右手螺旋定則右手螺旋定則大拇指所指的方

12、向表示磁場(chǎng)的大拇指所指的方向表示磁場(chǎng)的N 極的方向極的方向NSNS問題問題 ：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中用小磁針用小磁針N 極所指的方極所指的方向定為該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度向定為該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向的原則的方向的原則，小磁針的右端為小磁針的右端為N 極極、左端為左端為S 極極。IINS小磁針此端是什么極性？=dm.B dS磁場(chǎng)中的高斯定理磁場(chǎng)中的高斯定理：此式表明穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)是一無源場(chǎng)此式表明穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)是一無源場(chǎng), ,是渦旋場(chǎng)。是渦旋場(chǎng)。四四. . 磁通量磁通量 高斯定理高斯定理SdSB=m.B dSs磁通量磁通量左圖表示左圖表示：磁場(chǎng)線穿過一個(gè)不規(guī)則的曲面磁場(chǎng)線穿過一個(gè)不規(guī)則的曲面s ，ds是小是小面積元面積元，它的正法線方向與磁場(chǎng)線的夾角為它的正法線方向與磁場(chǎng)線的夾角為 。0=.B dSs由于磁感應(yīng)線是閉合的由于磁感應(yīng)線是閉合的，對(duì)任何一個(gè)閉合曲面來說對(duì)任何一個(gè)閉合曲面來說有多少條磁感應(yīng)線進(jìn)入閉合曲面就一定有等數(shù)量磁有多少條磁感應(yīng)線進(jìn)入閉合曲面就一定有等數(shù)量磁感應(yīng)線穿出閉合曲面感應(yīng)線穿出閉合曲面，即通過任意閉合曲面的磁感即通過任意閉合曲面的磁感應(yīng)線必等于零應(yīng)線必等于零。形式上與靜電場(chǎng)的高斯定理相似形式上與靜電場(chǎng)的高斯定理相似但兩者有本質(zhì)上的區(qū)別但兩者有本質(zhì)