【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第三章磁場(chǎng)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§3-2電流的磁場(chǎng)

【01】在1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)體的周圍存在著磁場(chǎng)。如圖3·12所示，奧斯特在靜止磁針的上方平行地拉直一根導(dǎo)線，然后通過(guò)電流（方向如圖示），發(fā)現(xiàn)磁針的北極向著紙外偏轉(zhuǎn)；電流方向改變時(shí)，發(fā)現(xiàn)磁針北極的偏轉(zhuǎn)方向也改變了（即變成向著紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)）。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明：電流的周圍存在著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向（即磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向）和電流的方向有關(guān)。

【02】奧斯特實(shí)驗(yàn)的重大意義就在于它揭露了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，為電學(xué)的研究開(kāi)辟了新的道路，并擴(kuò)大了電的實(shí)際應(yīng)用范圍。

1、直線電流的磁場(chǎng)

【03】用一根直導(dǎo)體，垂直地穿過(guò)一塊水平玻璃板或硬紙板（在板中央有一小孔以便導(dǎo)體穿過(guò)），并在板上撒一層很薄的鐵屑。當(dāng)電流通過(guò)這個(gè)垂直導(dǎo)體時(shí)，我們用手指輕敲玻璃板以振動(dòng)板上的鐵屑。這時(shí)，鐵屑在電流磁場(chǎng)的作用下，沿磁力線方向排列起來(lái)（如圖3·13所示）。至于磁力線的方向可用小磁針來(lái)檢驗(yàn)，圖3·14里小磁針北極（黑色的一端）所指的方向就是磁力線的方向（即磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向）。

【04】從圖上還可以看出，電流磁場(chǎng)里的磁力線，并不是從什么磁極出發(fā)到什么磁極終止的，而是環(huán)繞著電流的一些閉合曲線。其實(shí)磁體的磁力線也是閉合曲線，它在磁體的外部從北極到南極，在磁體的內(nèi)部從南極到北極；并不象電力線那樣從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止。

【05】直線電流周圍的磁力線，是一些在垂直于電流的平面上的同心圓，這些圓的公共中心就在電流穿過(guò)磁力線平面的地方。靠近電流的地方磁力線分布得比較密，這就表示磁場(chǎng)強(qiáng)度比較大；遠(yuǎn)離電流的地方磁力線分布得比較疏，這就表示磁場(chǎng)強(qiáng)度比較小。如果我們的眼睛沿著電流前進(jìn)的方向，那么將會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的磁力線都沿著順時(shí)針的方向。為了便于記憶，磁力線方向和電流方向之間的關(guān)系，可用圖3·15所表示的右手拇指法則來(lái)表示：用右手握住導(dǎo)線并把拇指伸直，如果拇指指向電流的方向，那么環(huán)繞導(dǎo)線的四指就指示出磁力線的方向。

【06】理論和實(shí)驗(yàn)都證明：當(dāng)一根很長(zhǎng)的直導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，在它周圍磁場(chǎng)里任一點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 跟電流強(qiáng)度Ⅰ成正比，跟這一點(diǎn)到導(dǎo)體的垂直距離 r 成反比。

2、環(huán)電流的磁場(chǎng)

【07】先把導(dǎo)體做成環(huán)狀，再使它通電，電流方向如圖3·16所示。用撒鐵屑的方法可以得知磁力線的分布情況，并可看出它們都是環(huán)繞通電導(dǎo)體的閉合曲線，在靠近導(dǎo)體處有些象同心圓。用小磁針檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)磁力線的方向如小箭頭所示。

【08】實(shí)驗(yàn)和理論都證明：在環(huán)中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 跟電流強(qiáng)度Ⅰ成正比，跟環(huán)半徑 R 成反比。

3、通電螺線管的磁場(chǎng)

【09】把導(dǎo)線繞成螺線管形，通電后磁力線分布情況如圖3·17所示。在螺線管內(nèi)部的磁力線大部分是和管軸平行的，在螺線管的兩端磁力線逐漸向外散開(kāi)。每一根磁力線都是穿過(guò)螺線管內(nèi)部的封閉曲線。

【10】理論和實(shí)驗(yàn)都證明：長(zhǎng)螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度大致均勻。這個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度 H 跟通過(guò)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度Ⅰ以及線圈的匝數(shù) n 成正比，跟螺線管的長(zhǎng)度 l 成反比。

【11】根據(jù)磁力線的分布情況，我們可以把整個(gè)螺線管看做是一個(gè)條形磁體，磁力線出發(fā)的一端相當(dāng)于北極，磁力線進(jìn)入的一端相當(dāng)于南極。如果把通電管懸掛起來(lái)，使它能夠在水平面上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，那么它也會(huì)象條形磁體一樣，靜止在指南指北的方向上。所以我們可以說(shuō)，通電螺線管具有兩個(gè)磁極，各在管的一端。

【12】通電螺線管的極性，可用圖3·18所表示的右手拇指法則來(lái)說(shuō)明：用右手握住螺線管，使環(huán)繞螺線管的四指指示電流的方向，則伸直的拇指所指的一端是北極，即拇指指向磁力線發(fā)出的一端。

【13】通電螺線管可以看做是串聯(lián)起來(lái)的環(huán)電流，而每匝線圈相當(dāng)于一個(gè)環(huán)電流。于是環(huán)電流可以相當(dāng)于一個(gè)很短的條形磁體，它也有北極和南極，并且也遵循上述的右手拇指法則。

習(xí)題3-2

1、如果電流的方向是自北向南，現(xiàn)在在它的上方放一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，問(wèn)磁針的北極偏向何方？為什么？

2、某人站在一根南北方向的電線下方，發(fā)現(xiàn)磁針的磁北極向東偏轉(zhuǎn)，問(wèn)線上的電流方向是怎樣的？為什么？

3、把一個(gè)線圈平放在桌面上，并沿順時(shí)針?lè)较蛲ㄟ^(guò)電流。如果在線圈的中心處有一個(gè)磁南極，問(wèn)它要向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？為什么？

4、什么叫磁力線？根據(jù)磁力線的分布情況可以說(shuō)明什么？放在磁場(chǎng)里的磁針最后停在什么方向上？

5、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和非勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，磁力線的分布各有些什么不同？在直線電流的磁場(chǎng)里，為什么在靠近電流處的磁力線要畫(huà)得比較密集些？

6、什么叫做磁通量？磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通量之間有什么關(guān)系？

7、試確定附圖中通電螺線管的北極和南極。

8、試確定附圖中電源的正極和負(fù)極。