普通物理中毕奥-萨伐尔定律的教学研究

1、    普通物理中毕奥萨伐尔定律的教学研究    张翌兰州资源环境职业技术学院【摘 要】毕奥-萨伐尔定律是电磁学中一个十分重要的定律，它是由法国著名的科学家毕奥和萨伐尔经过长期合作研究得出的实验结果。这项实验主要研究的是载流长直导线对磁极的作用反比于距离，同时还对电流对磁极作用力的影响进行了确定。为了更好地掌握毕-萨定律，文章针对普通物理中这项定律的教学进行了详细的研究和分析。【关键词】普通物理 毕奥-萨伐尔定律 教学研究作为电磁学中的一项基本规律，毕奥-萨伐尔定律第一次指出了电磁之间的量化关系和作用，对电磁学的发展有着极大的影响和意义。这项定律中包含的

2、基本物理思想和方法，对现代物理的发展起到了十分重要的影响。一般情况下，普通物理教材中对这项定律进行引用的方法为：首先对磁感应强度进行定义，然后给出毕奥-萨伐尔定律的结论，最后把读者的注意力引向解题和计算1。但是笔者认为在实际引用的过程中，这种方式还存在明显的不足。因此本文将对普通物理中毕奥-萨伐尔定律的教学进行深入的研究，希望能够有效地解决存在的问题。一、建立毕奥-萨伐尔定律的实验过程过去由于受到库仑定律的影响，很多科学家都相信电和磁之间不存在相应的关系，在进行研究的时候也是将电和磁分别开来。后来丹麦物理学家奥斯特在研究中发现了电流的磁效应，这一消息迅速传到了法国的科学界，仅仅一周的时间，安培

3、就取得了重要的研究成果。与此同时，毕奥和萨伐尔进行了相关的电磁的实验，并且在法国科学院会议上做了重要报告。他们发现：磁针的南极和北极被载流长直导线施加的力都反比于磁极与导线之间的距离。这个实验结果是人类第一次对电流磁效应的定量研究2。（一）实验原理毕奥和萨伐尔应用实验的方法建立了毕奥-萨伐尔定律。整个实验原理可以分为三方面：第一，在对小磁针的受力状况进行测量的过程中应用了磁针的振荡周期法，准确地求出磁力反比于振荡周期的平方数，巧妙地通过震荡周期间接地测量载流直导线产生的作用在磁场上的力；第二，为了更好地消除地磁场对实验的影响，他们通过补偿法避免了实验中地磁场对磁针磁化产生的误差，提高了实验的精

4、确度；第三，根据具有对称性的弯折导线作用在磁极上的力的实验，求解作用力的大小和弯折角度的关系，并且导出定量的公式。因此，从一些特殊的电流产生的磁场导出电流源产生磁场的一般公式，就是毕奥-萨伐尔定律实验过程的实质3。（二）磁现象的电流本质安培在进行实验的时候，首先是将奥斯特的实验进行了重复，同时他也在思考一个更具深度的问题，就是：磁只能通过电流产生吗？磁的本质究竟是什么？为了更好地对这一系列问题进行解答，安培首先做了一个对比，之后又先后进行了三次实验。安培认为在磁体间的作用都是磁最基本的现象和反映，因此之后他又将奥斯特实验和次体检的基本作用进行了相应的对比。因为他认为在奥斯特的实验过程中电流基本

5、上都被当成了磁体，所以也是主要的施力磁体。那么究竟电流能否充当受力的磁体呢？针对这一问题，安培也进行了相关的实验。通过实验，安培发现电流确实能够充当基本的受力磁体。在不断地实验和探究过程中，他对很多之前存在的问题都进行了相应的分析和解答。因此通过大量的实验，安培又在原本实验的基础上进行了大胆的假设：磁性物质中由于真实的存在分子电流，因此磁现象真正的发源是由电流形成的4。二、毕奥-萨伐尔定律的体验和理解（一）磁与电流间的量化关系虽然之前安培对很多电流的问题进行了研究和分析，但是在磁和电流间的量化关系究竟是什么，对于这一问题得到了相应的进展的是毕奥和萨伐尔。他们在对这一问题进行研究的时候，首先是将

6、奥斯特之前的实验进行了重复，同时在奥斯特原本的实验基础上也对实验装置进行了完善和改进，因此形成了毕奥-萨伐尔装置。在这项实验装置中，导线一经通电，那么两磁极同时受力，但是圆盘上的系统还是相应地保持静止状态。因此他们通过这一实验结果得出的结论是：两个磁力相对应的导线磁力的大小是相等的，但是由于方向是相反的，因此两者之间的作用力被相互抵消；同时由于磁力和电流的强度是成正比的，因此直线电流对磁极的作用力和电流的强度也是成正比的。（二）毕奥-萨伐尔定律的體验由于毕奥-萨伐尔的实验是在很多前提实验的基础上进行的，因此我们在和其他的物理定律进行对比的时候能够很明显地发现它们之间有很多共同的特点，但是在整体

7、实验的方向感还是存在很大差别的。比如在进行实验的过程中，在同样一个平面内，有两个方向垂直的两个电流元，我们只要熟练地掌握了毕奥-萨伐尔定律，那么就很容易对磁感应的强度做出分析和判断，对我们学习电流指示也有着很大的帮助和影响5。（三）毕奥-萨伐尔定律的理解我们在学习物理的时候有一个十分常见的定则叫作“左手定则”。因此我们在对上文中的例子进行研究的过程中，想要更好地将问题进行简化，首先可以将电路中的其他环节去除。也就是说在同一个空间中只存在两个电流元，那么在对这一问题进行研究的过程中，我们就可以认为这两个电流元是在电荷元低速的运行过程中产生和出现的，因此在他们之间所产生的磁力实际上是没有满足牛顿第

8、三定律的。我们在对定律进行研究的过程中，通过实验的方式最终得出了磁现象的电流本质。因此在现代物理理论中我们发现，无论是电流还是分子电流，都是电荷的运动。因此可以说，电磁现象的本质都是起源于最基本的电荷运动。在对定律建立的研究过程中，我们通过实验、对比等方式得到了毕奥-萨伐尔定律，同时我们还在这一定律中通过对实验现象的研究和分析，得出了相关的实验结论，对今后普通物理教学的开展将起到极大的帮助。同时，学生在对这一物理问题进行理解的过程中也将有更明确的认识，对今后物理课程的学习和开展将起到有效的促进作用6。三、结束语本文对毕奥-萨伐尔定律的建立过程进行了详细的研究和分析，同时也对基本的实验原理和相关

9、的环节进行了详细的阐述。物理本身就是一项比较枯燥的学科，并且这门学科的实验性比较强，学习定律和实验是不可分割的。加强对这类定律的分析和研究，不仅有助于教师更好地开展教学，也有助于学生更好地进行物理学习。在对定律的研究过程中，通过实验，学生对物理有了新的认识和理解。因此，在今后的学习过程中，教师要更好地对相关的定律进行研究，让学生在学习的过程中对问题的本质进行研究。这样才能更有利于普通物理教学的开展和发展，有利于促进整体物理教学水平的提高。【参考文献】1高卓，孙作江，刘鹏，等.毕奥-萨伐尔定律的教学研究j.物理与工程，2014，24（06）：43-46.2呼和满都拉，冀文慧，杨洪涛，等.毕奥-萨伐尔定律建立的探讨j.物理通报，2014，28（11）：18-23.3孟祥国，张宝锋，崔风华，等.由麦克斯韦方程组推导出毕奥-萨伐尔定律的几种方法j.聊城大学学报（自然科学版），2014，17（01）：25-26，65.4王较过.毕奥-萨伐尔定律