电流 电流 磁作用也具有极性特点 问题 载流导体也具有磁极 ?
N
SN
S
载流螺线管与磁铁的作用I NhomakorabeaI
载流螺线管磁极的确定方法： 右手法则
总结：磁作用的表现形式
磁铁 电流
磁铁
磁场
电流
分析 上述各种作用应该具有相同的作用机理，
电荷之间的库伦作用力通过电场来传递，
上述作用力也应该通过一种场来传递， 这种场就是磁场
dl1rˆ12方 向
2 nˆ
平面 II
dl2
dF12垂直
nˆ
dl2
1 d l1
r12 dF12
平面 I
dl1、rˆ1
所在平面
2
dF12
在平面I内 且垂直平面II
dF12的大小与电流元参量之间的关系
dF 12I1d1lI2d2rl1 s22in1sin2
2
nˆ
dl2
平面
II
d 库F 1 仑对2 定比k律I1I2 Fd1l 22 r1(2d 2 ql r11 1q222rˆ12 )
1.1不同的磁作用形式
（1）磁铁 磁铁
物质成分
天然磁铁：Fe3O4 人工磁铁: 铷铁硼合金
钴镆合金等
最新进展：日本采用纳米技术 制备强磁性氮化铁
磁铁分区
中性区 磁极
条形磁铁的两端磁性强，称作磁 极，中部磁性弱，称作中性区
作用规律：同性相斥、异性相吸
指南针指南原理 S
N
（2）电流线—磁铁（电流磁效应 奥斯特实验 ）
3.磁场 问题
磁场的概念最早由法拉第提出，是当时物理学的一个创举 ，爱因斯坦认为场的价值比电磁感应高许多。 学习过程：力场，物理本源：电磁场场粒子电磁力
磁铁 磁场 是一种产生方式？ 电流 磁场 还是两种产生方式?
分析 载流螺线管
条形磁铁
实验表明:磁性特征相同
产生磁场的源应该相同
环向电流
安培分子 环流假说
同向电流相互吸引
相同分析：反向电流相互排斥
启实示验：现象 历史真相
（1）机遇总是垂青准备的头脑－－奥斯特 信实奉验康结德论哲学，认为世界上的各种力可以相 互电转流对化磁；铁有作用
分（析2）技术发展是推动科学发展的动力－－
伏打对比电磁池铁的间发的明作，用为，研电 究电流磁效应奠定基
础－流产－生重了视磁实。验研究；
（电3流）的我本国质科是学运源动的头电创荷新的困境思考。
原子：原子核（正电）+ 电子（负电） 电子绕核旋转+电子自旋 分子环流 经典模型
磁场的本源
相互作用模型 的统一
运动的电荷
导线中的传导电流 磁铁中的分子环流
（束缚电流）
电流 磁场
电流
分子 传导 环流 电流
分子 传导 环流 电流
库仑力 与磁力 的区别
磁铁 载流线
静止（相对静止）电荷之间的作用 运动电荷之间的作用
3.安培定律
研究内容：两个电流元之间的磁相互作用力
dl1
I1
dl2 I2
说说明明：： 不同于库仑定律的发现，安培没有能 直接通过实验得到电流元之间磁相 互作用力。（原因？）
研究过程：提出了一个假设，设计了四 个实验，根据实验结果，通过数 学分析得到了安培定律。
推导安培定理的四个示零实验
实验一 电流反向
正确的安培定理数学表达式
dF 12kI1I2dl2 r1 (2d 2l1rˆ12 ) 该公式与安培实验结果相符（自行验证）
安培定理数学表达式说明见下页
安培定理数学 表达式的说明
I 1 dl1
r12
F12
dF 12kI1I2dl2 r1 (2d 2l1rˆ12 )
dl2
I2
dF12的方向与电流元空间取向的关系
实验二 矢量和
F?
无定向秤
弧形导体
水银槽
I II
III
R1: R2: R3=
1 n
:1:n
C
垂直结构 固定绝缘柄
d1 d2
d1: d2=
运动限制
n:1
实验三：作用力方向 实验四：作用力与几何尺度
安培假设：两个电流元之间的相互作用力 沿它们的连线
安培定理的数学表达： 安培最初的 数学表达式 d F 1 2 k 1 I 2 r I 1 ( 2 ) 错误之一：作用力沿电流元之间的连线
1 d l1
r12 dF12
平面 I
1/2,2/2
问题： dF12的最大值条件？
dl1
nˆ
r12
dl2
dF12
k
I1dl1 I2dl2 r122
电流元dl1，dl2 在同一平面
dF 12kI1I2dl2 r1(2d 2l1rˆ12 )
dF21d 的F 表21 达式kI1I2dl 1 r2 (2d 1l 2rˆ21 )问 如 结 洛何伦题合兹记2B：-力忆S公公公式式式、？
环向电流
1822安培提出：组成磁铁的最小单元(磁分子)就 是环形电流，这些分子环流定向排列，在宏观上 就会显示出N、S极。
图示 N
等效宏观表面电流 S
磁铁内部分子电流相互抵消
为什么是假说？ 安培提出了分子环流，但在安培时代，还没有建立 物质的分子、原子模型。因此，安培的模型为假说。 现代观点 物质组成：分子、原子
k 的取值
k 0 量纲 4 数值
[0 ]
[F ] [I 2]
4107牛顿 /安
f qVB
2培 dB 40
I1dl1rˆ12
r122
dF 12 40
I1I2dl2(dl1r ˆ1)2 r1 22
问题1： 库仑定律有文字表述，为什么安培定律 没有文字表述？
dF 安1 2 培4 4 4 0 定0 0I I律1 I1I 1 I2 I分2d d 2d1 析2 l d r e 2 1 l2 zl 2 平re 1 2 r(2z 1d l(2 行2 d l 21e 电1 e y lrzˆ 流1)2 e 元4 x)受0I 力1 I2 Id 1r 1 d1 2 d l1d2 l2 Fe 2x 1lr1zy2dFI122dxl2
运动的电荷产生磁场 磁与电的关系
电流方向变化、磁 针转动方向也变化
问题 电流对磁铁有作用，磁铁对电流是否有作用？
实验 结论
N 极向内
和磁铁一样，载流导线 不仅具有磁性，也受磁 I=0 I 作用力
（3）电流 电流(应该存在作用力)
实验
结论 作用规律 同向电流相吸
I
异向电流相斥
II
I I
磁铁 磁铁 磁作用具有极性特点
库仑力、磁力的对比
定量描述 定律
库仑力 库仑定律
定律 地位
基本规律 高斯 环路
研究 难易
历史 过程 讲授过程
相对简单
实验上可以得到 近似的点电荷
相对简单明了
简单
磁作用力
3.安培定律 ？
（应该为）基本规律
?
?
相对复杂
没有简单的电流元 （稳恒电流必须 构成闭合回路）
相对曲折（B、H，磁荷观点）
简单化处理