13.1 磁场 磁感线 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

13.1 磁场 磁感线 引入：古代中国的磁现象记载 磁性：《吕氏春秋》：“慈石召铁，或引子也”；《鬼谷子》：“慈石取针”；高诱注释《吕氏春秋》时指出：“石，铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。 磁石吸引物质只限于铁：《淮南子》：“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“及其于铜则不通”。 屏蔽：明末刘献廷《广阳杂记》：“慈石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：‘慈石吸铁，何物可以隔之？’犹子阿儒曰：‘唯铁可以隔之耳’。其人去而复来，曰：‘试之果然’。” 思考，上述记载体现了磁现象的哪些特点？ 1.电和磁的联系 电流的磁效应 吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种潮流。 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，从而建立了电与磁的联系。 1799年的博士论文《论外部自然的基本的形而上学范畴》中，阐述了康德哲学思想对科学的指导作用，并深受康德关于“基本力”可以转化为其它各种形式的力的观点影响，1803年，旅游德国时，结识了坚信化学现象、电流和磁之间有相互联系的德国青年化学家里特，还参加过里特为寻找这种联系而进行的一些实验。这些都为奥斯特发现电流磁效应打下了基础。 奥斯特的探究历程 1803年他曾说:“我们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的任何其他现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”他认为“自然力之统一”。 1812年发表《关于化学力和电力的同一性研究》，表明他已经将自然力的统一思想运用到物理学和化学的研究中去了。他从电流流经直径较小的导线时导线会生热的现象推测，如果导线直径再小，就可能发光，直径再继续减小，就会产生磁。并指出:“我们应该检验的是，究竟电是否以其最隐蔽的方式对磁体有所影响。” 奥斯特的探究历程 但是他认为电流对磁体的作用是纵向的，所以他的猜测一直未能实现。他在通电的导线前(侧)面放一根磁针，企图用通电的导线去吸引磁针。然而，导线灼热了，甚至烧红发光了，磁针毫无动静。但奥斯特深信，电和磁有某种联系，就像迪那和发热发光的现象一样。 1819冬--1820年4月，奥斯特在给学生上“电学、伽伐尼电流和磁学”课程时，在一次讲课中，他将磁针放在了导线的下面。当他接通电源时，发现磁针轻微的晃动了一下! 正是这一轻微的晃动，奥斯特马上意识到他多年孜孜以求的东西就要实现了。奥斯特紧抓不放，经过反复实验，查明了电流具有磁效应。 奥斯特的探究历程 1820年7月21日，发表了《电流对磁针的作用的实验》，引起了学术界的轰动。 2.磁场、安培定则 奥斯特的猜想 奥斯特把导体周围空间发生的这种效应称为“电冲突”。他指出:“这种冲突呈现为圆形，否则就不可能解释这种现象：当磁极放在导线下面时，磁极被推向东方；当磁极被置于导线上方时，磁极被推向西方。其原因是，只有圆才具有这样的性质,其相反部分的运具有相反的方向。此外，沿着导线长度方向连续前进的圆形运动必然形成蜗线或螺旋线。 奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。在牛顿力学中，自然界的力只能是作用于物体连线上的吸引或排斥力，即直接推拉性质的“中心力”。而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他所说的“螺旋线”，实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流磁场的直观描述。是“场”的思想的开端。 安培的研究历程 奥斯特发现电流磁效应的消息传到世界各地，在瑞士参加日内瓦科学会议的法国物理学家阿拉果得知此消息后，随即回国。于同年9月11日向法国科学院报告并重复了奥斯特的实验。 这一效应引起了法国科学家安培的极大兴趣。经过一周的夜以继日的工作后，于9月18日发现了电流间也存在着相互作用力；接着提出了一个完整的定量理论；并于1820年9月与10月间，接连写了三篇论文；在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律；1827年发表了名著的《从实验导出的关于电动力学现象的数学理论》。为电动力学的产生奠定了基础。人们为纪念他，将电流强度的单位定义为“安培”。 通电直导线周围的磁场方向如何判断? 大量的实验都表明,通电直导线中电流方向与其周围磁场的方向满足右手螺旋定则： 用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，四指的指向就是磁感线的环绕方向。 通电螺线管周围也有磁场,类似于条形磁体周围的磁场。可以用右手螺旋定则来判断通电螺线管环绕的电流方向与螺线管内部磁场方向之间的关系。 伟大的物理学家安培 安培接受了法国数学家菲涅尔的意见,从微观去考虑分子电流来认识物质磁性的起因。经过反复分析和思考，于1821年,提出了著名的“分子电流假说”，成功的解释了物质宏观磁性形成的内在原因。安培假设：磁性物质内存在无数微小的“分子电流”，它们用不衰竭地沿着闭合的路径流动，从而形成一个个小磁体。 182