大学物理《电磁学》PPT课件ppt课件

作用于
运动电荷 B
产生
三、磁感应强度(Magnetic Induction)
1. 磁感应强度 B 的定义：
对比静电场场强的定义 F q0 E
将一实验电荷射入磁场，运动电荷在磁场中 会受到磁力作用。
实验表明
① Fm v
② Fm q0v sin



2
时Fm达到最大值
Fm
q0
v
θ＝0 时Fm= 0，
人们最早认识磁现象是从天然磁铁开（称 天然磁铁为永恒磁铁）。
对其基本现象的认识归纳如下：
（1） 同号的磁极有相互排斥力，异号的磁极有相 互吸引力
（磁铁间相互作用力称为磁力）
（2）磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说）
（3） 铁棒可以被磁化
磁铁间的相互作用
N
S
N
S
二、磁力、磁性的起源
在1820年以前，人们对互作用。而把磁与电分割 开来，看作彼此无关。
I F
F I
磁场对运动电荷的作用
电子束
+
磁场对运动电荷的作用
电子束 S
N
+
我们得把问题引向一个更深的层次 思想深邃的科学家自问：磁铁究竟是什么？如 果磁场是由电荷运动激发的，那么来自一块磁铁的 磁场是否也可能是由于电流的的效果呢？ 安培用通电螺线管很好地模拟了一个磁针：
I
I
从这个实验看来，一块磁铁， 如同一个永恒的环形电流。
美国斯坦福大学的一个研究小组在实验室中安置 了一个超导铌线圈，守株待兔似的企图捕捉宇宙射线 中可能存在的磁单极子从中穿过。1982 年的一天，该 小组突然宣布，他们记录到一个事件，经测定与狄拉 克预言的磁单极子穿过该线圈将会引起的磁通量的跳 变完全吻合，因而找到了一个磁单极子存在的证据！
这天正是西方情人节
这篇仅用 4 页纸写成的极其简洁的实验报告，向 科学界宣布了电流的磁效应，轰动整个欧洲。这一天 作为划时代的日子载入史册。
《电磁学》 就此诞生！
奥斯特的发现立即引起法 国数学家物理学家安培 （A.M.Ampere）的注意
他的想法是：
如果电流激发的磁场能作用于磁 性物质，那么它也应能作用于电流！
安培
丹麦物理学家奥斯特─一 位康德哲学思想的信奉者，就 坚信：客观世界的各种力具有 统一性。并开始对电与磁的统 一性进行研究。
奥斯特（Hans Christan Oersted， 1777-1851） 丹麦物理学家，发现 了电流对磁针的作用， 从而导致了19世纪中 叶电磁理论的统一和 发展。
科学的真正突破，就在于打破思维定势的束缚， 创建新的科学概念。
他在短短的几个星期内对电流的磁效应作了系
列的研究。发现不仅电流对磁针有作用，而且两个 电流之间彼此也有作用。安培提出分子电流 (molecular current)的假设。
安 培 演 示 电 流 相 互 作 用 的 装 置 （ 复 制 品 ）
电流与电流之间的相互作用
I
F
IF
电流与电流之间的相互作用
I I
安培还注意到，地球也如同一个大磁铁，它的 南北极指向就如同地球上有自东向西绕行的电流。
安培分子环流假说 天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。 分子电流
n
I
N
S
等效环形电流 电荷的运动是一切磁现象的根源。
解释磁现象 ： （1）.天然磁铁的磁性（分子流） （2）.磁化现象（分子磁矩的转向）
所谓磁单极子，就是只有N 极或只有S 极的最 小磁性物质单元。
N
S
NS
NS
NS
从安培的假说能够解释为什么不存在磁单极子 ( 单独的N极或S 极 ) ，这正是分子环流的结果。
但是，量子力学的创始人之一狄拉克从相对论 性量子理论出发，预言磁单极子是应该存在的，并 且由此可以解释电荷的量子化。
这种电荷与磁荷的内在联系，从对称性的角度看 来是十分诱人的。近年来，许多科学家都在致力于对 磁单极子的探索。但是这种探索将是十分困难的，据 “大统一”理论，磁单极子应该在宇宙演化的极早期 （～10-35s）的超高能状态（～1023eV、～1027K）下 产生，随着宇宙的膨胀、温度降低而急剧相变，至今 若还有残存的话，也是极为稀少了。
1820年 4月某天晚上，奥斯特在讲课的过程中突 然来了灵感，就在快要下课时，奥斯特说，让我把导 线与磁针平行放置来试试看
于是他毫不犹豫地在大庭广众面前接上了电源。
他发现：闭合电键的瞬刻，通电导线附近的磁针 微微跳动了一下！这个奥斯特日夜盼望的现象对停课 的人毫无影响！但奥斯特却激动无比，他立刻中止讲 座回到实验室，苦苦进行了三个月的连续实验研究， 终于在 1820年7 月21日发表了题为《关于磁针上电流 碰撞的实验》的论文。
人们认识到磁性的根源 ：
电荷的运动 。
现代物理已经充分把握，原子核外的电子绕核 高速运动，同时电子还有自旋运动。核外电子的这 些运动整体上表现为分子环流，这便是物质磁性的 基本起源。
不过，安培的分子环流说至今还只能是一个假 说。有三个疑点到现在还未查明：
①磁单极子（magnetic monopole）
一位专栏作家幽默地评论道：
正当全世界都在为人们成双成对庆贺 的时候，物理学家却为他们找到了孤独的 磁单极子而欢呼雀跃！
斯坦福大学的这个探测结果只是一个不能重现 的孤立事件，在没有其它实验室认同的情况下，是 不能作为对磁单极子的认定结论的。
所有磁现象可归结为
生
A的
产
磁场
运动电荷
A
+
B的
作 用 于 磁场
将Fm= 0 时的速度方向定义为 B 的方向
Fm (v, B)
定义 B Fm
q0v sin
SI单位：T（特斯拉）
Fm
B q0
v
工程单位常用高斯（G） 1T 104 G
磁感应强度是反映磁场性质的物理量， 与引入到磁场的运动电荷无关。
运动电荷受到的磁场力为
Fm q0vB sin
写成矢量式
Fm qv B ─罗仑兹力
Fm


Fm
例题1 ：
15-1 磁场 磁感应强度
一、磁的基本现象
1．磁现象的初期认识
我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之 一，早在公元前300百年就发现磁铁吸引铁的现象。 在十一世纪我国已制造出指南针（司南） (compass)。《山海经》中有“山中有磁石者，必 有赤金。”《水经注》记载，秦始皇的阿房宫有 “北阙门”用磁石做成的，以防刺客。