北京大学：《电磁场与电磁波》课程教学课件（讲稿）第四章 恒定磁场

本章主要内容81.磁相互作用S2.安培定律S3.毕奥一萨伐尔定律及其应用84.磁场的性质85.磁场对载流导线的作用86.洛仑兹力

本章主要内容 §1. 磁相互作用 §2. 安培定律 §3. 毕奥－萨伐尔定律及其应用 §4. 磁场的性质 §5. 磁场对载流导线的作用 §6. 洛仑兹力 2

S1.磁相互作用>1.1奥斯特实验及其意义>1.2其它相关实验>1.3相关的研究课题

§1. 磁相互作用 1.1 奥斯特实验及其意义 1.2 其它相关实验 1.3 相关的研究课题 3

>1.1奥斯特实验及其意义19世纪20年代前，磁和电是独立发展的奥斯特（Hans Christian Oersted,丹麦物理学家）深受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，试图找出电、磁之间的关系。HansChristianOersted(1777-1851)1820年7月奥斯特所做的实验如图，Besides his work in electricityandmagnetism,Oersted wasthefirsttopreparepuremetallic aluminum直导线AB南北放置，可以在水平面自由转动的磁针也沿南北方向并1BA处于导线下方。如图通电后：2Q00QQQ磁针按如图所示的方向在水平SN面内偏转，转到某角度后达到平衡。如果把电流反向，则偏转方向也随之反向

1.1 奥斯特实验及其意义 19世纪20年代前，磁和电是独立发展的. 1820年7月奥斯特所做的实验如图， 直导线AB南北放置，可以在水平面 自由转动的磁针也沿南北方向并 处于导线下方。如图通电后， 磁针按如图所示的方向在水平 面内偏转，转到某角度后达到平衡。 如果把电流反向，则偏转方向也随之反向。 奥斯特（ Hans Christian Oersted， 丹麦物理学家） 深受康德哲学关于 “自然力”统一观点的影响，试图找出 电、磁之间的关系。 4

奥斯特实验表明：口长直载流导线使与之平行放置的磁针受力偏转一电流的磁效应；口磁针在水平面内偏转一横向力：口突破了非接触物体之间只存在有心力的观念奥斯特实验的意义：口揭示了电现象与磁现象的联系口电磁学作为一个统一学科诞生了；口迎来了此后电磁学蓬勃发展的时期

奥斯特实验表明： 长直载流导线使与之平行放置的磁针受力偏转—电流 的磁效应； 磁针在水平面内偏转—横向力； 突破了非接触物体之间 只存在有心力的观念 奥斯特实验的意义： 揭示了电现象与磁现象的联系； 电磁学作为一个统一学科诞生了； 迎来了此后电磁学蓬勃发展的时期。 5

评价“Oerster先生......Ampere写道：已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了”·Faraday评论说：“它突然打开了科学中一个一直是黑暗的领域的大门，使其充满光明

评价 Ampere写道：“Oerster先生. 已经永远把他的名字和一个新纪 元联系在一起了” ． Faraday评论说：“它突然打开了 科学中一个一直是黑暗的领域的 大门，使其充满光明” ．

>1.2其它相关实验口Ampere，平行电流相互作用，如图。+H+

Ampere，平行电流 相互作用，如图。 1.2 其它相关实验 7

磁铁对电流的作用：Ampere，通电导线受马蹄形磁铁作用而运动，如右图。N:Ampere，载流螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极

Ampere，磁铁对电流的作用： 通电导线受马蹄形磁铁 作用而运动，如右图。 Ampere，载流螺线管与磁 铁相互作用时显示出N极和 S极。 8

口确定载流螺线管极性实验表明载流螺线管相当于N磁棒，螺线管的极性与电流成右手螺旋关系。一系列实验表明：磁铁磁铁电流电流都存在相互作用。磁铁和电流都将在其周围空间产生磁场，磁场对在磁场中的其它磁铁和电流施加作用力。9

一系列实验表明： 电流 电流 磁铁 磁铁 确定载流螺线管极性 实验表明载流螺线管相当于 磁棒，螺线管的极性与电流 成右手螺旋关系。 9 都存在相互作用。 磁铁和电流都将在其周围空间产生磁场，磁场对在磁场 中的其它磁铁和电流施加作用力

爱因斯坦指出：0“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题。新的可能性。从新的角度去看旧的问题。却需要有创造性的想像力。而且标志着科”学的真正进步

爱因斯坦指出： “提出一个问题往往比解决一 个问题更重要，因为解决一个 问题也许仅是一个数学上或实 验上的技能而已，而提出新的 问题，新的可能性，从新的角 度去看旧的问题，却需要有创 造性的想像力，而且标志着科 学的真正进步

>1.3相关的研究课题奥斯特实验使人们认识到，磁铁与电流之间有相互作用，随之而来，人们自然会希望知道：1、电流元对磁极作用的定量规律，这就是毕奥一萨瓦尔、安培研究的内容;2、磁现象的本质是什么？这就是安培研究的内容：3、电流可以产生磁现象，其逆效应是否存在？即磁现象是否会引起电流的变化？这就是电磁感应的内容电磁相互作用是如何传递的？这就是麦克斯韦的4电磁场理论和爱因斯坦的相对论包含的内容11

1.3 相关的研究课题 11 奥斯特实验使人们认识到，磁铁与电流之间有相互 作用，随之而来，人们自然会希望知道： 1、电流元对磁极作用的定量规律，这就是毕奥－萨瓦 尔、安培研究的内容； 2、磁现象的本质是什么？这就是安培研究的内容； 3、电流可以产生磁现象，其逆效应是否存在？即磁现 象是否会引起电流的变化？这就是电磁感应的内容； 4、电磁相互作用是如何传递的？这就是麦克斯韦的 电磁场理论和爱因斯坦的相对论包含的内容