【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(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)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(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，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(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)語和計(jì)算模式的來由。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（1庫倫=3×10?靜庫）；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?！??

本章提要

1、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)

(1)磁體和磁極

????????磁體有天然磁體（如磁鐵礦Fe?O?）和人造磁體（用鋼或其他合金制成）兩種。磁體吸鐵本領(lǐng)特別強(qiáng)的兩極叫做磁極能在水平面自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針總是停駐在指南指北的位置上，指北的一極叫做北極（N極），指南的一極叫做南極（S極）。同號(hào)磁極總相斥，異號(hào)磁極總相吸。

(2)磁力

????????兩個(gè)磁極間的引力或斥力的方向在兩個(gè)磁極的連線上，大小跟它們的磁極強(qiáng)度的乘積成正比，跟它們之間距離的平方成反比。，式中 m? 和 m? 代表磁極強(qiáng)度，它是表示磁極磁性強(qiáng)弱的物理量。K 是一個(gè)恒量，它的大小和式中各量所采用的單位有關(guān)。在用厘米·克·秒制時(shí)，K＝1? 。

????????在應(yīng)用公式時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：當(dāng)兩個(gè)磁極同號(hào)時(shí)，F(xiàn) 為正值，表示相斥；當(dāng)兩個(gè)磁極異號(hào)時(shí)，F(xiàn) 為負(fù)值，表示相吸。

(3)磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度

????????磁場(chǎng)是一種物質(zhì).磁體之間的相互作用是通過它們的磁場(chǎng)來進(jìn)行的。一切磁場(chǎng)都起源于電流。

????????磁場(chǎng)強(qiáng)度表征磁場(chǎng)的力的性質(zhì)，用單位磁北極在磁場(chǎng)里所受磁場(chǎng)力來量度。它是矢量。? 。

????????當(dāng) F 為達(dá)因、m 為厘米·克·秒制磁極強(qiáng)度單位時(shí)，規(guī)定 H 的單位是奧斯特。

(4)磁力線和磁通量

????????磁力線是用來形象化地表示磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線或直線，線上任意一點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向。磁力線密度（通過單位橫截面積的磁力線條數(shù)）可以用來代表該處的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。磁力線是閉合的曲線。

????????磁通量是穿過磁場(chǎng)中某一橫截面的磁力線條數(shù)。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，磁通量 Φ 可以用來計(jì)算。（H 是勻磁場(chǎng)強(qiáng)度，S 是橫截面積）

(5)地球磁場(chǎng)

????????地磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，可以由磁偏角、磁傾角和地磁水平強(qiáng)度三個(gè)量來決定，這三個(gè)量被稱為地磁三要素。

2、電流的磁場(chǎng)

(1)直線電流的磁場(chǎng)

????????磁力線是一些在跟通電導(dǎo)線垂直的平面上，以導(dǎo)線為中心的同心圓。在很長的直線電流周圍磁場(chǎng)里任一點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度跟電流強(qiáng)度成正比，跟這一點(diǎn)到通電導(dǎo)體的垂直距離成反比。

(2)環(huán)電流的磁場(chǎng)

????????在環(huán)中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度跟電流強(qiáng)度成正比，跟環(huán)半徑成反比。

(3)通電螺線管的磁場(chǎng)

????????長螺線管內(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)度跟通過導(dǎo)線的電流強(qiáng)度以及線圈的匝數(shù)成正比，跟螺線管的長度成反比。

????????通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)方向可用右手拇指法則來判斷。

3、磁感應(yīng)和電磁鐵

????????鐵磁性物質(zhì)（鐵、鈷、鎳和某些合金）在磁場(chǎng)中被磁化的現(xiàn)象叫做磁感應(yīng)。軟鐵保留磁性的本領(lǐng)很小，因而可以用來做電磁鐵，鋼或某些合金保留磁性（剩磁）的本領(lǐng)很大，因而可用來制造永久磁鐵。

????????在螺線管里加一個(gè)軟鐵心，就成為電磁鐵。電鈴、電報(bào)和電磁起重機(jī)等都是它的具體應(yīng)用。

????????電磁替續(xù)器也是用電磁鐵做成的，它的工作原理是利用弱電流電路中的電磁鐵作電鍵來控制（閉合、斷開）強(qiáng)電流電路的裝置。

4、磁性起源假說

庫侖假說

????????庫侖認(rèn)為凡是可以磁化的鐵磁物質(zhì)，都是由許多具有兩個(gè)異號(hào)磁極的極小的磁體所組成的，這種小磁體叫做元磁體，或叫做分子磁體。鐵磁體的磁化過程，就是內(nèi)部的元磁體在外磁場(chǎng)的作用下，從無規(guī)則排列轉(zhuǎn)變成有規(guī)則排列的過程。

安培假說

????????安培認(rèn)為元磁體就是原子、分子、分子團(tuán)等物質(zhì)微粒，它們之所以具有磁性，是由于在每個(gè)微粒里都具有永不停息的環(huán)電流。

????????安培假說闡明了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，使我們認(rèn)識(shí)到，任何磁體的磁性，都是由于電流的存在所產(chǎn)生。

????????由近代原子結(jié)構(gòu)的理論知道，安培電流是由原子、分子或分子團(tuán)內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)所形成的。

5、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

(1)磁場(chǎng)對(duì)直線電流的作用

????????直導(dǎo)線中電流所受磁場(chǎng)力的方向可以用左手法則來確定。

????????左手法則：伸出左手，把手掌攤平，讓拇指和其余四指垂直并在同一個(gè)平面上；把伸開的左手放入磁場(chǎng)中，使掌心對(duì)著磁力線的來向，并使四指指著電流的方向，這時(shí)拇指所指的就是通電導(dǎo)體所受磁場(chǎng)力的方向。

????????作用力的大小：? 。F 是導(dǎo)線受力的大小，H 是磁場(chǎng)強(qiáng)度，Ⅰ是電流強(qiáng)度，L 是置于磁場(chǎng)部分的導(dǎo)線長度，θ 是通電導(dǎo)體和磁力線的夾角，式中 F 的單位必須用達(dá)因，H 用奧斯特，Ⅰ用安培，L 用厘米。如導(dǎo)體與磁力線平行，θ＝0°，sinθ＝0，則 F＝0。

(2)磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用

????????通電線圈在磁場(chǎng)里，要受到磁場(chǎng)力的力偶作用，這個(gè)力偶的轉(zhuǎn)矩 M 跟通過線圈的電流強(qiáng)度Ⅰ、磁場(chǎng)強(qiáng)度 H、線圈的面積 S 以及線圈平面和磁力線的交角的余弦成正比。? 。

(3)平行電流間的相互作用

????????在有反向電流通過時(shí)，兩根導(dǎo)線相斥；在有同向電流通過時(shí)，兩根導(dǎo)線相吸。

6、電流計(jì)、安培計(jì)和伏特計(jì)

(1)電流計(jì)

????????電流計(jì)是根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用原理制成的，通過達(dá)松發(fā)爾電流計(jì)的電流強(qiáng)度Ⅰ跟線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 θ 成正比：? 。

(2)安培計(jì)和伏特計(jì)

????????都是由電流計(jì)改裝而成，兩者的特點(diǎn)和區(qū)別如下表所示：

復(fù)習(xí)題三

1、磁和靜電有哪些性質(zhì)是類似的？有哪些性質(zhì)是不同的？

2、有一個(gè)磁針放在環(huán)形電流的下面，電流的方向如附圖所示，求磁針的偏轉(zhuǎn)方向，并說明理由?！綨極向讀者而來】

3、如果在上題的環(huán)中懸一個(gè)磁針，通電后，磁針的 S 極將向什么方向偏轉(zhuǎn)？【向讀者而來】

4、在一個(gè)盛著稀硫酸的大容器中，浮著一個(gè)軟木塞，在木塞中插上一片鋅片和一片銅片，它們的上部用一個(gè)小的銅線圈連起來，如附圖所示。問在地磁場(chǎng)的作用下線圈將停置在什么方向？【銅片一端指北，鋅片一端指南】

5、為什么永久磁鐵不能用軟鐵來做？為什么電磁鐵不能用鋼來做？

6、試決定附圖中各種情況下通電線圈跟磁力線垂直的兩邊所受力的方向或決定磁場(chǎng)方向。

7、設(shè)在方向指北、強(qiáng)度為 5 奧斯特的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一個(gè)磁極強(qiáng)度為 100 厘米·克·秒制單位的條形磁體，它的兩磁極間的距離為 10 厘米，磁軸與磁場(chǎng)成 30° 夾角，求該條形磁體所受到的力偶矩。如果磁體是可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，那末最后它平衡在什么位置？【2500厘米·達(dá)因】

8、電磁替續(xù)器的螺線管線圈里，為什么總要放一個(gè)軟鐵心？試根據(jù)附圖說明電磁替續(xù)器的工作原理。

9、如下圖所示，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為 300 奧斯特的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一根長 10 厘米、通有 1 安培電流的直導(dǎo)線 AB，求在下列各種情況下所受磁場(chǎng)的作用力：(1)電流方向與磁力線方向垂直；(2)導(dǎo)線以 O 點(diǎn)為中心，順時(shí)針轉(zhuǎn)過 30°；(3)導(dǎo)線以 O 點(diǎn)為中心，順時(shí)針轉(zhuǎn)過 90°；(4)導(dǎo)線以 O 點(diǎn)為中心，A 向紙背、B 向紙前轉(zhuǎn)過 90°? ?！?1)300達(dá)因，(2)達(dá)因，(3)0，(4)300達(dá)因】

10、有一個(gè)電流計(jì)，其電阻為 80 歐姆，通過 1 毫安培的電流時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)一格?，F(xiàn)欲使其一格表示 1 安培或 1 伏特，問各應(yīng)如何改裝？【并聯(lián) 80/999 歐姆，串聯(lián)920歐姆】

11、安培計(jì)的電阻是 0.05 歐姆，如果用一條長 15 厘米、截面積是 1 毫米2的銅導(dǎo)線（ρ＝0.017歐姆毫米2/米）與它并聯(lián)，再把這個(gè)裝置串聯(lián)在電路中，這時(shí)看出安培計(jì)上的讀數(shù)是 0.2 安培。求電路中實(shí)際的電流強(qiáng)度？【4.12安培】

12、附圖中的四個(gè)接頭上分別標(biāo)出“＋”、1.5 伏特、3 伏特及 15 伏特，電流計(jì) G 的線圈電阻為 27 歐姆，最大容許電流強(qiáng)度為 2 毫安，試求 R?、R?、R? 的數(shù)值？【723歐姆，750歐姆，6000歐姆】

13、一個(gè)電流計(jì)的線圈電阻為 50 歐姆。當(dāng)通過它的電流是 2/1000 安培時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)整個(gè)標(biāo)度?，F(xiàn)在要把它改裝成量度范圍為 1 伏特和 10 伏特的兩用伏特計(jì)，試設(shè)計(jì)兩種改裝的方法，并算出所需要的電阻.（作圖并計(jì)算）[提示：其中一種方法如例題所示]【450歐姆，4500歐姆，450歐姆，4950歐姆】

14、在附圖中所示的部分電路上，A、B 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差固定為 90 伏特，R?＝900 歐姆，R?＝100 歐姆。求下列各項(xiàng)：

(1) A、C 之間和 C、B 之間的電勢(shì)差各等于多少？【81伏特，9伏特】

(2)如果把一個(gè)電阻為 900 歐姆的伏特計(jì)和 R? 并聯(lián)，量出 A、C 之間電勢(shì)差為多大？此時(shí) C、B 之間電勢(shì)差又是多大？【73.6伏特，16.4伏特】

(3)如果把這個(gè)伏特計(jì)和 R? 并聯(lián)，量出 C、B 之間電勢(shì)差為多大？此時(shí) A、C 之間電勢(shì)差又是多大？【81.8伏特，8.2伏特】

(4)如果用另一個(gè)電阻為 9000 歐姆的伏特計(jì)和 R? 并聯(lián)，量出 A、C 之間電勢(shì)差是多大？此時(shí) C、B 之間電勢(shì)差又是多大？【80.2伏特，9.8伏特】

(5)如果把這個(gè)伏特計(jì)和 R? 并聯(lián)？量出 C、B 之間電勢(shì)差是多大？此時(shí)A、C之間的電勢(shì)差又是多大？【81.1伏特，8.9伏特】

15、附圖是有兩個(gè)量度范圍的安培計(jì)的內(nèi)部接線情況，線圈的電阻 Rg?是 25 歐姆，最大的許可電流是 0.02 安培，求電阻 R? 和 R? 的值?！綬?＝5/98 歐姆，R?＝45/98 歐姆】