《大学物理学》课程教学资源（PPT课件）第八章 电流和恒磁场 §8-2 磁场和磁感应强度

S8-2磁场和磁感应强度一、磁现象(magnetic phenomenon)磁现象的发现比电现象早很多。我国东汉王充发一“四大明的“司南勺”，北宋沈括发明的指南针发明”之一。磁铁磁性最强区域称为磁极。磁铁指向北方的磁极为磁北极或N极；指向南方的为磁南极或S极。同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引。磁极周围存在磁场，处于磁场中的其他磁极或运动电荷都要受到磁场的作用力，此作用力称为磁场力或磁力。磁场力是通过磁场这种特殊物质传递的

1 §8-2 磁场和磁感应强度 一、磁现象 (magnetic phenomenon) 磁现象的发现比电现象早很多。我国东汉王充发 明的“司南勺” ，北宋沈括发明的指南针——“四大 发明”之一。 同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引。磁极周 围存在磁场，处于磁场中的其他磁极或运动电荷， 都要受到磁场的作用力，此作用力称为磁场力或磁 力。磁场力是通过磁场这种特殊物质传递的。 磁铁磁性最强区域称为磁极。磁铁指向北方的磁 极为磁北极或N极；指向南方的为磁南极或S极

1820年奥斯特发现电流的磁效应后，人们才认识到磁与电的密切联系1820年安培发现了磁体对电流的作用和电流之间的相互作用，提出一切磁现象都起源于电流切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流，安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流

2 1820年奥斯特发现电流的磁效应后，人们才认识 到磁与电的密切联系。 1820年安培发现了磁体对电流的作用和电流之 间的相互作用，提出一切磁现象都起源于电流，一 切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环 形电流。这种环形电流称为分子电流。 安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构 的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成 的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流

物质磁性起源不能完全用经典理论来描述。量子理论表明，核外电子对磁性有一定贡献，但物质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩，铁磁物质的强烈磁性则与相邻原子的电子自旋磁矩之间的交换作用有关，但都不能用经典概念予以描述，磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓“磁单极子”。寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一

3 物质磁性起源不能完全用经典理论来描述。量 子理论表明，核外电子对磁性有一定贡献，但物 质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩，铁磁物质 的强烈磁性则与相邻原子的电子自旋磁矩之间的 交换作用有关，但都不能用经典概念予以描述。 磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立存 在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓 “磁单极子” 。 寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题 之一

二、 磁感应强度(magnetic induction)十B用磁感应强度描述磁场X9以矢量B表示F运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力1.任一点P的磁感应强度的方向当试探电荷%以一定的速度沿某特定直线通过磁场中的点P时，作用于它的洛伦兹力总等于零，与试探电荷的电量和运动速率无关。这条特定直线是点P的磁场自身的属性，称为零力线。把这条直线规定为点P的磁感应强度的方向

4 二、磁感应强度(magnetic induction) 1.任一点P的磁感应强度的方向 当试探电荷q0以一定的速度沿某特定直线通过磁 场中的点P时，作用于它的洛伦兹力总等于零，与 试探电荷的电量和运动速率无关。这条特定直线是 点P的磁场自身的属性，称为零力线。 把这条直线规定为点P的磁感应强度的方向。 + q v   B  – FL  用磁感应强度描述磁场， 以矢量 B 表示。  运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力

2.点P的磁感应强度的大小电荷速度的方向与该特定方向垂直时受到的磁力最大。点P磁感应强度的大小FB=Fmqo01FB3.点P的磁感应强度的方向0B，の，F满足右螺旋关系：0F=qooxB0正试探电荷所受洛伦兹力大小为F-lovBsineF.. B =q.0sin 0B单位是T(特斯拉)，或N·s.C-1.m-1，V·s·m-2，N.A-1.m-1

5 2. 点P的磁感应强度的大小 电荷速度的方向与该特定方向垂直时受到的磁力最 大。 点P磁感应强度的大小 q0 v⊥ F B = 正试探电荷所受洛伦兹力大小为 F=q0vBsin q0 vsin  F B = F q B    = 0 v v  B  θ ⊥ v  F  Fm  单位是T (特斯拉)，或NsC-1 m-1 ，Vsm-2 ，NA-1 B m-1 。  3. 点P的磁感应强度的方向 B ， ， 满足右螺旋关系：  v  F 

三、磁感应线和磁通量磁感应线（magneticinductionline）形象表示磁场分布状况：曲线上每点切线方向与该点磁感应强度B方向一致：在与磁场垂直的单位面积上穿过曲线的条数，与该处B的大小成正比，即疏密程度反映出B 的大小。一簇磁感应线围成的管状区域称为磁感应管磁场中某点磁场方向是确定的，磁感线不会相交。载流导线周围磁感线都是围绕电流的闭合曲线，没有起点B也没有终点

6 三、磁感应线和磁通量 磁场中某点磁场方向是确定的，磁 感线不会相交。载流导线周围磁感线 都是围绕电流的闭合曲线，没有起点， 也没有终点。 B  I 磁感应线(magnetic induction line)形象表示磁场 分布状况：曲线上每点切线方向与该点磁感应强 度 方向一致；在与磁场垂直的单位面积上穿过曲 线的条数，与该处 的大小成正比，即疏密程度 反映出 的大小。 一簇磁感应线围成的管状区域称为磁感应管。 B  B  B 

磁感线和电流满足右手螺旋法则。长直电流周围的磁感应线，在垂直于电流的平面内磁感应线是一系列同B心圆，圆心在电流与平面的交点上。圆电流周围的磁感应线，在与圆面正交并过其直径的平面内，磁感应线是两簇环绕电流的曲线为描述磁场的强弱，规定磁场中某点处垂直于B矢量的单位面积上通过的磁感线数目（磁感线密度），等于该点B的数值

7 长直电流周围的磁感应线，在垂直 于电流的平面内磁感应线是一系列同 心圆，圆心在电流与平面的交点上。 B  I 磁感线和电流满足右手螺旋法则。 圆电流周围的磁感应线，在与圆面正交并过其 直径的平面内，磁感应线是两簇环绕电流的曲线。 为描述磁场的强弱，规定磁场中某点处垂直于 矢量的单位面积上通过的磁感线数目(磁感线密度)， 等于该点B 的数值。  B 

任意曲面 S 的磁通量(magnetic flux）Φ 定义为：曲面上任意一点的磁感应强度B与该处面元dS的标积B·dS在整个曲面S上的代数和，即Bn0Φ= J],B.dSPJ在国际单位制中，磁通量的单位是T·m2(特斯拉·米2)，也称为Wb(韦伯)1 Wb = 1T ×lm2

8  =  S Φ B S   d B  n  P S  在国际单位制中，磁通量 的单位是Tm2 (特斯拉米2 )，也称为Wb (韦伯)。 2 1Wb =1T1m 任意曲面 S 的磁通量(magnetic flux)  定义为： 曲面上任意一点的磁感应强度 与该处面元 的标 积 B S 在整个曲面S上的代数和，即   d B  S  d

在均匀磁场中通过面积S的磁通量为Φ= BScos 0在不均匀磁场中，通过任意面积元的磁通量dΦ= BdScosO = B·dsΦ= f BdS coso =[ B.ds对闭合曲面，规定正法线方向垂直于曲面向外。当磁感线从曲面内穿出时，磁通量为正，而当磁感线从曲面外穿入时，磁通量为负

9 对闭合曲面，规定正法线方向垂直于曲面向外。 当磁感线从曲面内穿出时，磁通量为正，而当磁感 线从曲面外穿入时，磁通量为负。 B n θ 在不均匀磁场中，通过任 θ 意面积元的磁通量 在均匀磁场中通过面积S 的磁通量为 Φ = BScos Φ B S B S   d = d cos = d   Φ= B S = B S S   d cos d

H.C.Oersted，1777--1851，丹麦物理学家，17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生。他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学天文、数学、物理、化学等。1806年任哥本哈根大学物理学教授1821年被选为英国皇家学会会员，1823年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长。奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现。非常重视实验，“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，因为归根到底，所有的科学进展都是从实验开始的

10 H.C.Oersted, 1777—1851，丹麦物 理学家，17岁以优异的成绩考取了 哥本哈根大学的免费生。他一边当 家庭教师，一边在学校学习药物学、 天文、数学、物理、化学等。1806 年任哥本哈根大学物理学教授， 1821年被选为英国皇家学会会员， 1823年被选为法国科学院院士，后 来任丹麦皇家科学协会会长。奥斯 特发现的电流磁效应，是科学史上 的重大发现。 非 常重 视 实验 ， “我不喜欢那种没有实验的枯燥的 讲课，因为归根到底，所有的科学 进展都是从实验开始的。