《大学物理2》第14章电子教案

dI d S
导体内每一点都有自己的 ， = (x, y, z)
即导体内存在一个 场 — 称电流场。
电流线：类似电力线，在电流场中可画电流线。
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4.电流密度和电流强度的关系
dI
d S
(1) 通过面元dS的电流强度 d I d S d S c o d S s
(2) 通过电流场中任一面积S的电流强度
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2. 磁感应强度
用磁场对载流线圈（或导体）或运动电荷的作用来描述磁场。 运动的正点电荷在磁场中所受的磁力来定义。
设带电量为q，速度为v 的运动试探电荷处于磁场中， 实验发现：
(1) 当运动试探电荷以同一速率v 沿不同方向通过磁场中某点P 时，电荷所受磁力的大小是不同的，但磁力的方向却总是与 电荷运动方向垂直；
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这一现象使奥斯特又惊又喜，他紧紧抓住这一现象，连续进行 了3个月的实验研究，终于在1820年7月21日发表了题为《关于磁 针上的电流碰撞的实验》的论文。这篇仅用了4页纸的论文，是一 篇极其简洁的实验报告。
奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果，从实 验总结出：电流的作用仅存在于载流导线的周围；沿着螺纹方向垂 直于导线；电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质；作用的强 弱决定于介质，也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱；铜和其 他一些材料做的针不受电流作用；通电的环形导体相当于一个磁针， 具有两个磁极，等等。
奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现。它立即引起 了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意。在这一重大发现之后， 一系列的新发现接连出现。两个月后安培发现了电流间的相互作用， 阿拉果制成了第一个电磁铁，施魏格发明电流计等。安培曾写道： “奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起 了。”奥斯特的发现揭开了物理学史上的一个新纪元。
但概念的引入、公式的表达却不尽相同。
原因是没有单独的磁荷
学好电学是学好磁学的基础。
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§1 电流、电流密度矢量
1.电流 电流—电荷的定向运动。 载流子—电子、质子、离子、空穴。
2.电流强度 单位时间通过导体某一横截面的电量。
I
lit m0qt
dq dt
方向：正电荷运动的方向 单位：安培(A)
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几种典型的电流分布
第14章 稳恒电流的磁场
§14.1 电流密度矢量 电动势 §14.2 磁场 §14.3 毕奥—萨伐尔定律 §14.4 安培环路定理 §14.5 磁场对载流导线的作用力 §Baidu Nhomakorabea4.6 带电粒子在电磁场中运动
最早的指南器具
作业：1、2、3、4、5、6、7、8、11、12、 14、18、19、20、22。
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(3)把磁铁作任意分割，每一小块都有南北两极，任一磁铁总是 两极同时存在。 (4)某些本来不显磁性的物质，在接近或接触磁铁后就有了磁性， 这种现象称为磁化。
磁现象与电现象有没有联系？
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物理史话
发现电流磁效应 奥斯特(1820)
奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想（一元论） 的影响，认为各种自然力都来自同一根源，可以相 互转化。他认为电向磁的转化不是不可能的，关键 是要找出转化的具体条件。寻找这两大自然力之间 联系的思想，经常盘绕在他的头脑中。
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电流强度对电流的描述比较粗糙： 如对横截面不等的导体，I 不能反映不同截面 处及同一截面不同位置处电流流动的情况。
引入电流密度矢量 —描写空间各点电流大小和方向的物理量。
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3. 电流密度 (Current density)
某点的电流密度 方向：该点正电荷定向运动的方向。 大小：通过垂直于该点正电荷运动方向 的单位面积上的电流强度。
电导率： = 1/
E
欧姆定律的 微分形式
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§2 磁场
1. 基本磁现象 早期的磁现象
(1) 天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。 (2) 条形磁铁两端磁性最强，称为磁极。一只能够在水平面内自 由转动的条形磁铁，平衡时总是顺着南北指向。指北的一端称 为北极或N极，指南的一端称为南极或S极。同性磁极相互排斥， 异性磁极相互吸引。
电磁学的学习特点
1. 与力学相比，电磁学的思路与学习方法不同
力学
牛顿运动 定律
动量规律 功能规律
电磁学
电现象 磁现象 电生磁 磁生电
电磁场 方程组
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2. 与中学相比，加深了数学与物理的结合
高等数学的微积分、 矢量代数的运用。
3. 电学与磁学相比，两者思路相似：
实验规律
场的性质
场与物质的 相互作用
1819年冬，奥斯特在哥本哈根开设了一个讲座，讲授电磁学方面的 课题。在备课中，奥斯特分析了前人在电流方向上寻找磁效应都未 成功的事实，想到磁效应可能像电流通过 导线产生热和光那样是向四周散射的，即 是一种横向力，而不是纵向的。
1820年4月的一天晚上，奥斯特在讲 课快结束时，他说：让我把导线与磁 针平行放置来试试看。当他接通电源 时，他发现小磁针微微动了一下。
ISdS
电流强度是通过某一面积的电流密度的通量
电荷的运动可形成电流，也可引起空间电荷分布的变化
在电流场内取一闭合面S，当有电荷从S面流入和流出时，则S面内的电
荷相应发生变化。
由电荷守恒定律，单位时间内由S 流出的净
电量应等于S 内电量的减少
SdSddqt内 电流连续性方程
恒定（稳恒）电流条件
d q内 0 dt
SdS0
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5.欧姆定律的微分形式
在导体的电流场中设想取 出一小圆柱体 (长dl、横 截面dS)
dU—小柱体两端的电压 dI —小柱体中的电流强度
dU
dS
dI
由欧姆定律 dU = dIR
Edl = dS(dl /dS)
导体中任一点电流密度的 方向(正电荷运动方向)和 该点场强方向相同，有
dl
= (1/)E = E
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发现电流磁效应 奥斯特(1820) 任何运动电荷或电流，均在周围空间产生磁场。 安培提出: 一切磁现象起源于电荷运动。
磁力是运动电荷之间相互作用的表现。
磁场概念的引入
运动电荷
磁场
运动电荷
磁场对外的重要表现： （1）磁场对引入磁场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用。 （2）载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体作功。
(2) 在磁场中的P点处存在着一个特定的方向，当电荷沿此方向 或相反方向运动时，所受到的磁力为零，与电荷本身性质无关;
(3) 在磁场中的P点处，电荷沿与上述特定方向垂直的方向运 动时所受到的磁力最大(记为Fm)， 并且Fm与qv 的比值是与q、 v 无关的确定值。