第三章磁场.docx

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1、第三章磁场电和磁的实验中最明显的现象是，处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因此,把这些现象化为科学形式的第一步就是，确定物体之间作用力的大小和方向。麦克斯韦I许多动物除了视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉外，还能感觉到磁场。依靠这种感觉，它们能利用地磁场“导航”。候鸟和海龟长途迁徙不会迷失方向，它们凭借的“秘密武器”之一，可能就是对地磁场的感知能力。人类对磁场的利用就更多了：利用磁场进行电能和机械能的相互转变，人们制造出发电机、电动机；利用磁性材料的磁化和退磁，人们广泛使用着磁卡、磁盘、磁带；地球的磁场不仅为我们导航、找矿，还能帮助我们测定岩层的年龄，传递大陆漂移的信息。大到天体，小到粒子，磁

2、现象无处不在。让我们在这一章里，一起探究磁的奥秘吧！第三章1磁现象和磁场磁现象古代人们就发现了天然磁石吸引铁器的现象。我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述，而东汉学者王充在论衡一书中描述的“司南”，人们公认是最早的磁性定向工具。指南针是我国古代四大发明之一。12世纪初，我国已有指南针用于航海的明确记载。1麦克斯韦(JameSQerkMaXWe11,1831-1879),英国物理学家，经典电磁场理论的创始人，统计物理学的奠基人之一。图3.1-1司南人们最早发现的天然磁石的主要成分是Fe3Og现在使用的磁铁，多是用铁、钻、锲等金属或用某些氧化物制成的。天然磁石和人造磁铁都叫做永磁体2

3、,它们都能吸引铁质物体,我们把这种性质叫做磁性(magnetism)。磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫做磁极(magneticpo1e)。能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的磁极叫做南极，又叫S极；指北的磁极叫做北极，又叫N极。电流的磁效应电现象与磁现象的相似使我们猜想，两者之间可能存在某种联系。自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。不仅如此，磁极之间的相互作用，与电荷之间的相互作用具有相似的特征：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。1731年，一名英国商人发现，雷电过后，他的一箱刀叉竟然有了磁性。1751年，富兰克秫发现莱顿瓶

4、放电可使缝衣针磁化。但是，也许是由于磁极不可能像电荷那样单独存在，也许是磁体不会对带电体产生直接影响也许是由于其他原因，直到19世纪初，库仑、托马斯杨和安培等著名物理学家，都认为电与磁是互不相关的两回事。不过，在18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成。深受康德哲学思想影响的丹麦物理学家奥斯特相信，就像电和热、电和光之间存在联系一样，电和磁之间也应该存在着联系。现在日常生活中用到的永磁体大多不是铁质的，但为了叙述方便，本书中磁铁和磁体两词通用。奥斯特的实验研究并非一帆风顺。当时人们见到的力都

5、沿着物体连线的方向，即都是所谓“纵向力”。受这个观念的局限，奥斯特总是把磁针放在导线的延长线上，然而均以失败告终。1820年4月，在一次讲课中，他偶然地把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时磁针转动了。这个现象可能没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望己久的。他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。为此，安培写道：“奥斯特先生己经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”法拉第则评论说：“他突然打开了科学中一个黑喑领域的大门，使其充满光明J磁场自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究。他们发现，不仅通电导线对磁体有作用力，磁体

6、对通电导线也有作用力。例如，把一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动。他们还发现，任意两条通电导线之间也有作用力。这些相互作用是怎样发生的？正像电荷之间的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场(magneticfie1d)发生的。图3.1-3通电导线与磁体通过磁场发生相互作用地球的磁场发现磁针能够指向南北，这实际上就是发现了地球的磁场。指南针的广泛使用，又促进了人们对地球磁场的认识。地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。磁偏角的数值在地

7、球上不同地点是不同的。不仅如此，由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。磁偏角的发现对于科学的发展和指南针在航海中的应用都很重要。图3.1-4地理两极与地磁两极不重合。不但地球具有磁场，宇宙中的许多天体都有磁场。太阳表面的黑子、耀斑和太阳风等活动都与太阳磁场有关。月球也曾有过磁场。阿波罗登月计划的重要科研活动之一，就是观测月岩磁性，并由此推断，月球内部全部为固态物质，这是用其他天文学方法不能做到的。对火星磁场的观察显示，火星不像地球那样有一个全球性的磁场，因此指南针不能在火星上工作。STS指南针与郑和下西洋明永乐三年(1405)的一天，江苏太仓城外刘家港，一支庞大的船队正准备起锚远航。“宝

8、舟体势巍然，巨无匹敌，棚帆锚舵，非二三百人莫能举动。”整个船队有官兵、水手、工匠、医生、翻译等2万多人。这里描述的是中国古代历史上规模空前的一系列航海活动。船队的统帅是郑和(1371-1433)o我国是最早在航海时使用指南针的国家。郑和下西洋的船队已经装备了罗盘，导航时兼用罗盘和观星，二者互相补充、互相修正。他的航海图叫做“针图”，图中的航线叫做“针路”。明清时期，我国海道针经一类书籍相当丰富。15世纪初成书的顺风相送指南正经法现藏于英国牛津大学图书馆。从1405年到1433年，郑和先后7次下西洋，向南到达爪哇，向西到达波斯湾和红海的麦加，最远到达赤道以南的非洲东海岸。郑和下西洋是世界航海史上

9、伟大的壮举。郑和下西洋产生的影响是多方面的。这次航行开拓了我国在南洋群岛、印度洋沿岸国家的海外市场，刺激了我国的商品生产，对当时我国资本主义因素的增长有一定的推动作用。它还开辟了从中国到红海、非洲东海岸的航道，绘制了航海地图，总结了当时的航海技术和航海地理知识，对沟通东西方诲路交通做出了重大贡献。郑和的航海图连同船队其他官员的著作，介绍了他们经过的国家的山川地貌和风土人情，大大开阔了中国人的地理视野。郑和的航海活动不但是中国海上探险事业的巨大成就，也是世界地理发展史上的光辉记录。问题与练习1 .音箱中的喇叭、电话、磁盘、磁卡等生活中的许多器具都利用了磁体的磁选择一个你熟悉的器具，阐述它是怎样利用磁体的磁性来工作的。2 .日常生活中，磁的应用给我们带来方便。例如，在柜门上安装“门吸”能把柜门关紧；把螺丝刀做成磁性刀头，可以像手一样抓住需要安装的铁螺能把掉在狭缝中的铁螺钉取出来。请你关注自己的生活，看看还有哪些地应用磁性可以带来方便。写出你的创意，并画出你设计的示意图。3 .磁的应用非常广泛，不同的人对磁应用的分类也许有不同方法。请你把磁的应用分类，每类举一个例子。