西安电子科技大学：《大学物理》课程阅读材料（下）安培示零实验

毕臭一萨筏尔的研究课题 寻找电流元对磁极作用力的定量规 律 认为电流对磁极的作用力是自然界 的基本力 ■ 受Oester横向力的影响，认为每一个 电流元对磁极的作用力也垂直于导 线与磁极构成的平面 ■因难是无孤立的电流元

毕奥－萨筏尔的研究课题  寻找电流元对磁极作用力的定量规 律  认为电流对磁极的作用力是自然界 的基本力  受Oester横向力的影响，认为每一个 电流元对磁极的作用力也垂直于导 线与磁极构成的平面  困难是无孤立的电流元

关健是找到几何关条 电流分割成 许多电流元 df a Idl 还和几何因素如 配 r,0有关 即解决了电流产生磁场的规律（见 下节)

关键是找到几何关系 df  Idl 把电流分割成 许多电流元 还和几何因素如 r, 有关 即解决了电流产生磁场的规律（见 下节）

安培的研究课题 ■ 几乎在同样的背景下，安培提出的 门题更深入，显示出大师的风范 ■安培认为： 口磁现象的本质是电流 ■物质的磁性来添于“分子”电流 这是安培根据实验的种种表现作出 的重要的抽象

安培的研究课题 几乎在同样的背景下，安培提出的 问题更深入，显示出大师的风范 安培认为： 磁现象的本质是电流 物质的磁性来源于“分子”电流 这是安培根据实验的种种表现作出 的重要的抽象

“分子”电流 所丽“分子”，是指构成物质的基 元，当时对物质结构和分子、原子 的认识还很肤浅 每个分子都有电流环绕着，当分子 排列整齐时，它们的电流合起来就 可以满足磁棒的磁性所需要的电流 曦化可视为使物质中的分子电流排 列整齐显示出总体效果

“分子”电流  所谓“分子”，是指构成物质的基 元，当时对物质结构和分子、原子 的认识还很肤浅  每个分子都有电流环绕着，当分子 排列整齐时，它们的电流合起来就 可以满足磁棒的磁性所需要的电流  磁化可视为使物质中的分子电流排 列整齐显示出总体效果

口以“分子电流”取代磁荷 能解释磁棒与载流螺线管的 等效性 ■可将种种磁相互作用归结为电流之 河的相互作用 ■提出寻找任意两个电流元之间作用 力的定量规律—即可解决磁相互 作用的问题

 以“分子电流”取代磁荷 ——能解释磁棒与载流螺线管的 等效性  可将种种磁相互作用归结为电流之 间的相互作用  提出寻找任意两个电流元之间作用 力的定量规律——即可解决磁相互 作用的问题

因难 口同样是无孤立的电流元 I2dl2f 口两电流元及两者连线三 者不共面 涉及的几何因素更多， 难度增大 1,d4 f12 ■安培精心设计了四个示 零实验来解决这些因唯 图1-3-11

困难  同样是无孤立的电流元  两电流元及两者连线三 者不共面  涉及的几何因素更多， 难度增大  安培精心设计了四个示 零实验来解决这些困难

■无定向秤 实验一： 用对折导线，在其中通以大小 相等、方向相反的电流 把它移近无定向秤附近的不同 部位，观察无定向秤的反应 结果：无定向称不动 说明：当电流反向时，它产生 的作用力也反向 数学表达： 下I必ě怦关￥ (a) (b)

 无定向秤  实验一：  用对折导线，在其中通以大小 相等、方向相反的电流．  把它移近无定向秤附近的不同 部位，观察无定向秤的反应  结果：无定向称不动  说明：当电流反向时，它产生 的作用力也反向  数学表达： dF1 2与I1 dl1 、I2 dl2 成线性关系

实验二： ■用载流曲折线对无定向秤作用，结果 与载流直导线的作用一样 说明电流元具有矢量性，表为1，d、I,d 实验三： ■装置如图 只允许圆弧形导体沿其切线方 (a) (b) 向运动而不允许圆弧形导体沿 着与其垂直的方向运动 ■结果：圆弧导体不动 ■说明：作用在电流元上的力是 与它垂直的—横向力 d2⊥ad2 或d2dl=0

 实验二：  用载流曲折线对无定向秤作用，结果 与载流直导线的作用一样  说明电流元具有矢量性,表为 1 1 2 2 I dl I dl   、 实验三： 装置如图 只允许圆弧形导体沿其切线方 向运动而不允许圆弧形导体沿 着与其垂直的方向运动 结果：圆弧导体不动 说明：作用在电流元上的力是 与它垂直的——横向力     1 1 2 2 1 2 2 0 l dF dl dF dl     或

·实验四 圆线圈A、B、、C线度 之比为1/m:1:n,A与B 的距离以及线圈B与C的 距离比为1：n,A与C固 定，并串联，其中电流相 同，线圈B可以活动，通 以另一电流 Idl Iadl, ■结果：B不动 dFi2 ■结论：所有几何线度增加 当dldl2、h2 同一倍数时，作用力的大 小不变 增加同一倍数 dE2才能保持不变

 实验四  圆线圈A、B、、C线度 之比为1/n：1：n，A与B 的距离以及线圈B与C的 距离比为1：n， A与C固 定，并串联，其中电流相 同，线圈B可以活动，通 以另一电流  结果：B不动  结论：所有几何线度增加 同一倍数时，作用力的大 小不变 2 1 2 1 1 2 2 1 2 r I dl I dl dF  才能保持不变 增加同一倍数 当 1 2 1 2 1 2 dF dl dl r ， 、

安培给出的公式 根据安培的假设：两个电流元之间的相互作用沿 它们的联线，相当于承认 内含各项 两者方 都是标量 向相反 d2=-r2[个 假设的目的是期望电流元之间相互作用力满足 牛顿第三定律，由此推出的公式 P90 (2.14) (dl'r)(dlz'r2) ■实际没有孤立的电流元，两个孤立电流元不一定 满足牛顿第三定律，横向力，并不一定沿连线， 此条件应该去掉

安培给出的公式  根据安培的假设：两个电流元之间的相互作用沿 它们的联线，相当于承认  假设的目的是期望电流元之间相互作用力满足 牛顿第三定律，由此推出的公式 [ ] dF1 2  r1 2  内含各项 两者方 都是标量 向相反 P90 （2.14) 实际没有孤立的电流元，两个孤立电流元不一定 满足牛顿第三定律，横向力，并不一定沿连线， 此条件应该去掉