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从上帝视角审视高中物理 | 你好，磁现象（一）

时间: 2021-06-27 12:28:05 | 作者：因物悦理 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 108次

从上帝视角审视高中物理 | 你好，磁现象（一）

《从上帝视角审视高中物理》连载文章将会生动有趣地讲述高中物理的核心框架以及内在的逻辑关系，希望能给大家带来一双天眼去看待高中物理。欢迎大家关注“因物悦理”，我将持续分享高中物理的干货哟。

人类对于磁现象的观察很早就开始了，毕竟自然界里有很多天然磁体，磁现象也是很常见的。不过早期的研究都是对现象的记录，直到18世纪中叶，米切尔通过实验明确指出磁极之间的作用力服从平方反比的规律。而18世纪末，随着磁库仑定律的发现，人们自然就会联想电现象和磁现象是不是有着紧密的联系。

当时间来到了19世纪20年代，著名的奥斯特实验好比是电学与磁学的脐带，给了电磁学新的生命，使得它在今后的半个多世纪里得到了蓬勃地发展。

磁针微微一转，电与磁从此交织在了一起

由于电流磁效应的发现，物理学家们自然就会研究电流磁效应的特点有哪些。这里有位代表人物就是安培，他揭示了电流与电流之间的相互作用规律。另外他还提出了磁体有磁性的原因——分子电流假说。顺便还总结出了一个让大家容易犯错的右手螺旋定则。

基于安培的研究结果，他发现两根通电电流之间的作用力大小可以写成：

F_{12}=kfrac{(I_{1}Delta x_{1})(I_{2}Delta x_{2})}{r^{2}}

公式中的字母即为图中所标的字母

严格来说，这个等式写法是有问题的，这里只是写成让大家容易理解的形式。但是等式里反映的规律是正确的：力的大小正比于两个电流元的乘积，与电流元的距离平方成反比

另外，在安培同期的物理学家毕奥、萨伐尔通过实验得出通电直导线对磁体的作用强度满足等式： B=kfrac{IDelta x}{r^{2}}

即作用强度正比于电流元，与电流元到磁体的距离平方成反比。

按照法拉第提出的场的观点，电流之间有作用力，是因为电流激发了磁场，而这个磁场对放入其中的电流有力的作用。

大家看看这两个等式就会发现，如果我们把电流 I_{1} 当做场源电流，把电流 I_{2} 当做试探电流，则两个电流之间的作用力就能写成： F_{12}=BI_{2}Delta x_{2}

所以B就是衡量场源电流激发的磁场强弱的一个物理量！其名称就是磁感应强度。这里说点题外话，安培其实是超距作用的拥趸，他并不认可场的观点。另外，为什么B的名称不叫磁场强度呢？

因为在安培同期的一些物理学家提出过磁荷（完全类比于电荷）的概念，并基于此发展一套磁的理论。同样是类比电场强度的定义就提出过衡量磁荷的磁性强弱的物理量，也就是磁场强度（H）。是的，这个名字已经早就被注册啦。

至于磁荷的观点其实是错误，而安培的分子电流假说是对的。但是在解释物质被磁化的现象里，这两个物理量其实是等价的。关于磁化现象，高中阶段根本不涉及，大家也就不用操心啦。

好啦，回到磁感应强度B这个问题上来，这个物理量就是一个反映磁场特征的物理量，等同于电场强度。根据电流间的相互作用力的表达式，磁感应强度的定义就是： B=frac{F}{IL}

这就是大家在课本上看到的形式。

关于上面的前三个等式，大家只需要了解这个逻辑过程就可以了，咱也推导不出来嘛。然后再结合场的观点，就能比较容易理解磁感应强度的定义啦。

当然了，磁感应强度其实还有其他的定义方式。

大家都知道，电流是电荷定向移动形成，这就意味着电荷定向移动会产生磁场。由于电流间的相互作用是通过磁场产生的，这说明磁场对运动的电荷可能会有力的作用（这是磁场的特点，如果电荷运动的方向与磁场方向平行，电荷就不会受到力的作用）。可以很容易地推导出来，磁场对运动电荷的力满足： F=qvB

所以，我们也可以利用运动的电荷来定义磁感应强度，即： B=frac{F}{qv}

对比电场，对于磁场的认识也是基于同样的方式。即通过放入其中的物体所受的力来间接研究其特点。只不过静电场和静磁场是有区别的。静电场对放入其中的电荷就会产生力的作用，但是磁场对放入其中的静止电荷就没有力。就算电荷运动了，也不一定会受到磁场对其施加的力，还得要求电荷的运动方向不能与磁场的方向平行。

正是这样的差别，我们在高中阶段对于磁场的研究深度就浅得多。​

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文章标签：高中物理  高考物理  物理科普
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