物理学教程(第二版)11-3磁感应强度(新)

1、S+N电子束电子束dSB 人类发现磁现象要比发人类发现磁现象要比发现电现象早得多早在公元现电现象早得多早在公元前数百年古籍中就有了磁前数百年古籍中就有了磁石能吸引铁块的记载石能吸引铁块的记载。 元代指南龟 中国古代中国古代 对磁现象的认识对磁现象的认识 论衡论衡中曾有记述：中曾有记述：“司南之杓，投之于地，其柢指南司南之杓，投之于地，其柢指南”.东汉王充东汉王充 司南之杓司南之杓 在战国晚期成书的在战国晚期成书的吕氏春秋吕氏春秋中中，就有就有 “慈石召铁，或引之也慈石召铁，或引之也”的话的话。这种吸铁性曾这种吸铁性曾被喻为慈母爱恋子女被喻为慈母爱恋子女，因此因此，秦汉以前秦汉以前，都把都把磁石

2、写成磁石写成“慈石慈石”。我国东汉时期的王充指出古代我国东汉时期的王充指出古代的的“司南酌司南酌”是个指南针是个指南针，并在并在11世纪的世纪的武经总要武经总要（1044年）中叙述了制造指南针的方法中叙述了制造指南针的方法。12世纪初我国已将指南针用于世纪初我国已将指南针用于航海船上航海船上，而指南针传入欧洲已而指南针传入欧洲已是是1190年的年的12世纪末了世纪末了。慈石慈石司南酌司南酌SN马蹄磁铁马蹄磁铁北宋科学家沈括在北宋科学家沈括在梦溪笔谈梦溪笔谈中记述一种磁性指向仪器中记述一种磁性指向仪器: :沈括的指南针沈括的指南针 沈括还着重指出指南针所指沈括还着重指出指南针所指的方向的方向“常

3、微偏东常微偏东，不全南也不全南也”。这是中国有关这是中国有关磁偏角磁偏角的最早记的最早记载载大连出土元代磁州浮针瓷碗大连出土元代磁州浮针瓷碗 北宋初年北宋初年，（ 1044 ）年曾公亮的年曾公亮的武经总要武经总要介绍了一种介绍了一种“指南鱼指南鱼” 元代的元代的事林广记事林广记中记载有中记载有木刻指南鱼和木刻指南龟木刻指南鱼和木刻指南龟。木龟木龟有拇指大有拇指大, , 腹开一窍腹开一窍，嵌入天然嵌入天然磁石磁石，然后用蜡封住然后用蜡封住, , 旋定以后旋定以后会指南会指南。木鱼没入水中可以自由木鱼没入水中可以自由旋转旋转，旋定以后也会指南旋定以后也会指南。木龟木龟磁石磁石黄蜡黄蜡指针指针木板木

4、板竹钉竹钉元代指南龟元代指南龟木龟和木鱼木龟和木鱼明代航海用水罗盘明代航海用水罗盘自南宋至明中叶自南宋至明中叶: : 我国我国航海中所用的罗盘航海中所用的罗盘，都是都是“水罗盘水罗盘”所谓水罗盘所谓水罗盘，是指磁针浮于水面是指磁针浮于水面，没没有固定支点的水浮针盘有固定支点的水浮针盘。明初随郑和明初随郑和下西洋的巩珍下西洋的巩珍，在他的在他的西洋番国志西洋番国志自序中曾对这种水罗盘作了记述自序中曾对这种水罗盘作了记述： “皆水木为盘皆水木为盘，书刻干支之字书刻干支之字，浮针浮针于水于水,指向行舟指向行舟。”(1522 - - 1566) 南宋咸淳年间南宋咸淳年间(12651274)吴自吴自牧在

5、牧在梦梁录梦梁录里记里记道道： “风雨冥晦时惟风雨冥晦时惟凭针盘而行凭针盘而行，乃火长乃火长掌之掌之，毫厘不取差误毫厘不取差误盖一舟人命所系也盖一舟人命所系也” 这是中国航海中使用这是中国航海中使用罗盘的最早记载罗盘的最早记载。11-3 磁感应强度磁感应强度 磁场的高斯定理磁场的高斯定理一一. . 基本磁现象基本磁现象SN磁铁间的相互作用磁铁间的相互作用SN同性相斥同性相斥 异性相吸异性相吸S 极极、N 极集于一体极集于一体，至今尚未找到磁单极至今尚未找到磁单极。ISN电流对磁铁的作用电流对磁铁的作用奧斯特实验奧斯特实验（丹麦物理学家丹麦物理学家） 奧斯特从奧斯特从1807年到年到1820年用

6、了将近年用了将近13年时年时间寻找电流对磁针的作用间寻找电流对磁针的作用, ,未果未果。 1820年年4月终月终于发现在通电直导线附近小磁针发生偏转于发现在通电直导线附近小磁针发生偏转，后来后来又发现磁铁也可以使导线发生偏转又发现磁铁也可以使导线发生偏转。ISN电流对磁铁的作用电流对磁铁的作用奧斯特实验奧斯特实验（丹麦物理学家丹麦物理学家）IIFF电流与电流之电流与电流之间的相互作用间的相互作用以后要学习的电流在磁场以后要学习的电流在磁场中所受的磁场力中所受的磁场力“安培力安培力”磁场对运动磁场对运动电荷的作用电荷的作用S+N电子束电子束 电子实验使用的示电子实验使用的示波器波器、家用电视机中

7、家用电视机中的显像管都体现了磁的显像管都体现了磁场对运动电荷的作用场对运动电荷的作用运动电荷与运动运动电荷与运动电荷的相互作用电荷的相互作用静止电荷之间只产生电静止电荷之间只产生电场，运动电荷之间不仅场，运动电荷之间不仅产生电场而且产生磁场产生电场而且产生磁场+vFe电力电力Fm磁力磁力Fm磁力磁力+vFe电力电力所有磁现象可归纳所有磁现象可归纳A运动电荷运动电荷A的磁场的磁场B运动电荷运动电荷B的磁场的磁场生产生产产生产生于用作于用作作用于作用于 运动电荷与运动电荷之间运动电荷与运动电荷之间、电流和电流之电流和电流之间间、电流电流（或运动电荷或运动电荷）与磁铁之间的相互与磁铁之间的相互作用作

8、用，都可以看成是它们中任意一个所激发都可以看成是它们中任意一个所激发的磁场对另一个施加作用力的结果的磁场对另一个施加作用力的结果。实验证明实验证明：运动电荷在运动电荷在磁场中要受到磁力作用磁场中要受到磁力作用 2.当电荷沿某一特定当电荷沿某一特定方向运动时磁力为零方向运动时磁力为零 规律规律：二、磁感应强磁感应强度矢量度矢量B3.当电荷运动方向和磁当电荷运动方向和磁场方向垂直时场方向垂直时，所受磁所受磁力最大力最大。并且并且：Fqv 4. 磁力与电荷量磁力与电荷量、运动速运动速度的比值度的比值是一定的是一定的，和和 无关无关，这个这个比值在磁场中不同位置处有比值在磁场中不同位置处有不同的量值不

9、同的量值，它反映了磁场它反映了磁场的空间分布的空间分布。Fqvqv1. 磁力大小和电磁力大小和电荷运动方向有关荷运动方向有关 磁感应强度磁感应强度B 的大小的大小: :vBFm磁感应强度磁感应强度B 的方向的方向:（式中的（式中的v为正电荷运动方向）为正电荷运动方向）定义定义：qFmvB+oxyzB+ +- -vvvBF 0oxyzB+ +- -vvFmFmvBF F m 磁力大小和电荷运动方向关系磁力大小和电荷运动方向关系 B=FqvFmv1T = 104 Gs（高斯高斯）=NCm/s.= T（特斯拉）磁感应强度磁感应强度B 的单位的单位：特斯拉特斯拉(Tesla) T=FmqvB牛顿牛顿库

10、仑库仑米米/秒秒测量磁场时测量磁场时，理论计算上一般是用理论计算上一般是用T 单位单位，但有的时候但有的时候在实际工程上也有用在实际工程上也有用“高斯高斯”作单位的作单位的。例如例如：测量地测量地球某处的磁场球某处的磁场、通电导线周围的磁场强度时用通电导线周围的磁场强度时用“高斯计高斯计”。磁场力磁场力F 、运动电荷运动电荷q 、磁感应强度磁感应强度B三者之间的矢量关系式三者之间的矢量关系式 F vqB三三. . 磁感应线磁感应线：直线电流的磁感应线直线电流的磁感应线BI实验室中实验室中用小磁针用小磁针N极极所指的方向定为该点所指的方向定为该点磁感应强度磁感应强度B 的方向的方向I确定磁感应线

11、方向确定磁感应线方向的几个定则的几个定则大拇指表示电流的流向大拇指表示电流的流向四个手指弯曲方向表示四个手指弯曲方向表示B 的方向的方向右手定则右手定则I圆电流的磁感应线圆电流的磁感应线磁感应线是围绕电流的闭合曲磁感应线是围绕电流的闭合曲线线，无头无尾无头无尾，呈涡旋形呈涡旋形。磁感应线的疏密程度磁感应线的疏密程度表示磁感应强度的强弱表示磁感应强度的强弱磁场也称涡旋场磁场也称涡旋场通电螺线管的磁感应线通电螺线管的磁感应线II内部磁感应线疏密相等内部磁感应线疏密相等而且平行而且平行：匀强磁场匀强磁场四个手指弯曲方向表示电流的方向四个手指弯曲方向表示电流的方向右手螺旋定则右手螺旋定则大拇指所指的方

12、向表示磁场的大拇指所指的方向表示磁场的N 极的方向极的方向NSNS问题问题 ：根据实验室中根据实验室中用小磁针用小磁针N 极所指的方极所指的方向定为该点磁感应强度向定为该点磁感应强度B的方向的原则的方向的原则，小磁针的右端为小磁针的右端为N 极极、左端为左端为S 极极。IINS小磁针此端是什么极性？=dm.B dS磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理：此式表明稳恒电流的磁场是一无源场此式表明稳恒电流的磁场是一无源场, ,是涡旋场。是涡旋场。四四. . 磁通量磁通量 高斯定理高斯定理SdSB=m.B dSs磁通量磁通量左图表示左图表示：磁场线穿过一个不规则的曲面磁场线穿过一个不规则的曲面s ，ds是小是小面积元面积元，它的正法线方向与磁场线的夹角为它的正法线方向与磁场线的夹角为 。0=.B dSs由于磁感应线是闭合的由于磁感应线是闭合的，对任何一个闭合曲面来说对任何一个闭合曲面来说有多少条磁感应线进入闭合曲面就一定有等数量磁有多少条磁感应线进入闭合曲面就一定有等数量磁感应线穿出闭合曲面感应线穿出闭合曲面，即通过任意闭合曲面的磁感即通过任意闭合曲面的磁感应线必等于零应线必等于零。形式上与静电场的高斯定理相似形式上与静电场的高斯定理相似但两者有本质上的区别但两者有本质