讲稿复件 复件 复件 物理学与社会进步(I)

运动电荷
二、磁场 —由电流在周围空间激发的一种特殊物质 物质性表现： ①磁场对电流或运动电荷能施力的作用 ②磁场能对载流导体做功 特殊性表现： ① 区别于实体物质，具有空间叠加性。 ②区别于电场，磁场只存在于运动电荷周围， —磁场具有能量 ③磁场能与其他物质相互作用 —使磁介质磁化
只存在于电流周围。
N
S
奥斯特发现电流磁效应后，法国阿拉果1820年9 月4号向法国科学院报告并演示了 奥斯特实验，引 起了安培、毕奥、萨伐尔立即行动，发展奥斯特 成果。安培、毕奥、萨伐尔三者的争论。法拉第的 参与 1 电流产生磁场的安培定则 2 同向电流和异向电流之间作用
3 分子电流假说的远见与批判 安培 怀表变卵石 马车车厢做“黑板”
当R(x« R)时,
x x 2 R2
x
]
R r
图10-8
dr
1 q x 这正是无限大平面的电场。 E 4 o ( x 2 R 2 ) 3 / 2
E 2 o
电磁理论的建立
富兰克林
奥斯特
安培
法拉第
高斯
汤姆孙
15 法拉第人格、研究方法、成就、意义以及 不足之处
16 电磁感应定律的发现、意义、方法
例题10-3 一圆环半径为R、均匀带电q，求轴线 上一点的场强。 解 由对称性可知，轴线上的 E 电场方向是沿轴线向上的。 dE dE p dq E 2 cos 环 4 o r x r q cosθ dq 2 o 4 o r R q

注意：
1 qx 即 E 2 2 3/ 2 4 o ( x R )
伏打电池堆
电作用的强弱（失去电子的强弱） 排序为 锌-铅-锡-铁-铜-银-金-石墨 干电池原理 尊重伽伐尼，称为伏打伽伐尼电池 伏打向人们获得稳定的持续的 电流提供了一个方法，是电学从对 静电的研究进入到对动电的研究， 对电学的研究具有深远的意义. 干电池
伏打电池堆
2、奥斯特实验——电流磁效应
(1 )奥斯特实验意义 富兰克林发现，电流可以使钢针磁化。未深入 奥斯特信奉康德的哲学，认为力可以相互转化。 奥斯特白金丝接电源，发热，发光，磁针不动。 不是纵向，是横向。抖动一下，观察，60次实验， 1820年7月21日，其成就轰动了欧洲。 I
伽伐尼
铁
银
伏打电池（原电池）
伏打电池的锌电极在溶液中带 有负电荷，是因为每个锌原子在 锌板上留下两个电子后变为带两 个正电荷的锌离子（Zn++）进入 溶液中。 铜电极在稀硫酸溶液中 不易溶解，放电较锌电极 弱得多，带正电。 铜电极的电位比锌电极 电位高，正是这个电势差 形成了伏打电池的电动势 而成为化学电源。
x I Idx
o Idx sin dB r2 4
方向：垂直纸面向里 ( 且所有 电流元在 P 点产生的磁场方向相 同 ); 所以直线电流在 P 点产生的 磁场为
x
o
r
a
.P
B
x2
x1
o Idx sin 2 4 r
o Idl sin dB 2 4 r
能量
③ 电场能与其他物质（导体、电介质）相互 作用
特殊性： 区别于实体物质，电场具有空间叠加性。
静电场：
由相对于观察者静止的电荷激发的电场
具体讲： q0为正，则 E 与q0受力方向相同 q0为负，则 E 与q0受力方向相反 q q0 E q F q0 E F
F E q0
q0因极性不同，受力方向不同，但q0所在处场强的方 向是唯一的。由场源电荷q的电性决定.
1882年,安培对这些实验事实进行分析的基础上，提 出了物质磁性本质的假说：
一切磁现象都起源于 电流，起源于 电荷运动。
通电导线的磁性，起源于传导电流； 磁铁的磁性，起源于分子电流；
电磁波的磁性，起源于位移电流(变化的电场)；
结论：磁和电不可分。磁场就是电流的磁场。 电流1 运动电荷 磁场 磁场
电流2
o Idl r dB 3 4 r
3.电流元Idl 是 矢量。 大小：Idl=电流I线元长度dl。 方向：电流I的方向； 4.磁场的大小：
Idl

Idl
B
o Idl sin dB 2 4 r
是Idl与r 之间的夹角。
方向：由右手螺旋法则确定(见 下图)。
5. 对载流导体求磁感应强度B
F
1 dqqo er 2 4 o r
er
dq
r
图10-2
dq F e (10-5) dE 2 r qo 4 o r dq dqr e E 的大小： dE 2 r 4 o r 4 o r 3
若dq>0,电场方向由点电荷沿径向指向四周；若 dq<0,则反向。即点电荷的电场具有球对称性。
希腊哲学家泰利斯（前6世纪）记录了织工们的发现：毛皮 摩擦过的琥珀具有吸引轻小物体的能力。 16世纪，英国医生吉尔伯特，英国女王伊丽莎白一世的御 医，对金刚石、硫磺、明矾等物质做了实验，摩擦后能够获 得吸引轻小物体的能力。称为电性。 琥珀,希腊文 ,英语electron, electricity. 盖里克，多才多艺的工程师，担任德国马德堡市长35年。 1654做了马德堡半球实验;1660年，用硫磺球做实验，布 帛与之摩擦，发明了一台产生大量电荷的摩擦起电机，用 起电机带电吸引轻小物体羽毛。实验装置
1、静电学的开端 古代的中国与电 中国，三千多年前的甲骨文中已经有了“电”， 所指的雷电。公元前2世纪的方士们用元气论解 释了雷电的形成。提出：“阴阳相薄为雷，激扬 为电”（西汉刘安《淮南子.坠形训》），并发明 了名叫“砥吻”的避雷装置（唐代王睿《灸壳 子》）。
评述：
元气论认为，万物的基本成分是阴、阳二气。类似于我们 说的正电、负电，有无“粒子性”没有说明。“阴阳相薄， 激扬”有“阴气、阳气相互摩擦”的含义。 “砥吻”原 指神话传说中的能够噴浪降雨的大鱼，后来指的是屋脊两 端的鱼尾装砖瓦。雨天的屋面和墙壁是与大地相同的导体， 通过“砥吻”的尖端放电可以达到避雷的目的。
2、静磁学的发展、人物和应用 在西方，第一个记述磁现象的人是泰利斯，在小 亚细亚Magnesia发现了磁铁矿，Magnet来自于 地名。 系统研究是英国医生吉尔伯特（英国女王伊丽莎 白一世的御医），把磁石加工成“小地球”，模 拟“地磁”，研究磁偏角。 在中国，磁矿，对铁有吸引力，是铁的母体，管 仲称为“慈石”；秦始皇修阿房宫，做了磁铁门； 公元前4世纪，利用磁体做“司南”，指明方向， 指南针，郑和下西洋。
B 0
直电流
圆电流
螺线管电流
B 0 J 0
自然界中没有正磁荷，也没有负磁荷，磁感线不会 中断，连续的。 磁感线是闭合的，涡旋的。
B 0
B 0 J 0
直电流
圆电流
螺线管电流
例题 求直线电流的磁场。 解 选坐标如图, 电流元Idx 在P点所产生的磁场为
万有引力理论的指导（类比）＋实验
库仑定律
真空中,点电荷q1、 q2，相距为r
实验规律：
F
q1q 2 r2
F q2
方向：同性相斥，异性相吸
r
q1
图10-1
9 2 2
F k
q1q 2 r
2
k 9.0 10 N .m / C
1 k 40
1 0 8.85 10 12 C 2 / N .m 2 4k
0称为真空介电常数
1 q1q 2 F 40 r 2
库仑定律
1 q1q2 F er 2 4o r
(10-1)
er
q1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F q2
r
图10-1
er 是从点电荷q1指向点电荷q2的单位矢量。 ①库仑定律的适用范围：点电荷 若带电体不能视为点电荷，则采用“化整为零，集零 为整”方法处理。
毕奥-萨伐尔定律！
P 真空中，电流元Idl 在P点产 生的磁场为
r
Idl

o Idl r dB 3 4 r
上式称为毕奥-萨伐尔定律。
1.公式中的系数是SI制要求的。 真空的磁导率：o=410-7 2. r是从电流元Idl 指向场点P的矢量。
r是电流元Idl 到P点的距离。
B P r
dE
E z dE z
d E dE x i dE y j dE z k
E x dE x
E y dE y
2 2 2 E Ex Ey Ez
方向：
Ex cos E
cos
Ey E
Ez cos E
四、场强的计算 1.点电荷q的电场
.P
电荷q1和q2没有接触，是如何发生相互 作用的呢？
已证实：
F q2
er
q1
r
图10-1
电荷q1
产生
作用
电场
作用 产生
电荷q2
什么是电场？如何描述电场？
电场和电场强度
电场和电场强度
一、电场： 存在于电荷周围的一种特殊的物质
物质性：①电场对处于场中的电荷有力作用 ②电场力对场中的运动电荷做功，电场具有
物理学与社会进步：电学篇
热机的应用极大提高了劳动效率，促进了第 一次工业革命。加之英国实现了君主立宪的资 本主义制度，英国率先完成第一次工业革命，成 为当时第一号强国，号称“日不落”帝国。
第二次工业革命是在电磁学基础上发展起来的， 从此人类告别了黑暗，进入了光明的时代。 首先研究电磁学的历史及历史人物做的贡献；其 次研究电磁学对社会进步的贡献和今日电磁学。
电磁理论的建立
3. 建立与发展
麦克斯韦
赫兹
Einstein 爱因斯坦
1、化学电池-动电的来源
电池的发明可追溯至18世纪末期，当 时意大利生物学家伽伐尼在进行著名的 青蛙实验，当用金属手术刀接触蛙腿时， 发现蛙腿会发生抽搐。 发现电流的第一人，但认为是 一种动物电。 意大利帕维大学教授伏打，否定了 伽伐尼动物说。他认为，电来自 两种不同金属的接触，青蛙只 不过是起了验电器的作用。