对运动电荷产生磁场的研究
中学理 物
1V2 N . o37. o2
2
0 9年 102月
对
运动电 荷 生 产 场磁 的 研究
汪慧 琴曹 建华 在人
民育 出教社 2 版 年0 10 7 第 2月 的出 版 通普 高中课程标 实 准验科教 书 《物理 》选 修3 — ,1 三 章磁场 《 、场 对 动 运电荷 的作 用 中 5磁第力 9 } 6的P边 中是框 样这 叙 述的: 也 可从以 运 动电所荷 的受洛伦 力 兹出发来 P
E
g:
( 1)
在 这 , q里试为 探荷电 的 电荷量 ,为 外 电E 场 的 电场 强 . 度场电的 场强 电 跟度 探试电荷 外无关 当.试 探电荷 电荷量 q的 大时越 ,在它外 电
义定 感应磁强度 , 1 . 即 3=
q 'o
D D
场所受中电的力场F 等 比增大例 其比, 值E 不变. 同一试 探 荷 电 q 电在场 强 越地的 ,方而 , 受 电
场力F 越 , 比值大 也£ 就越 大 ,以E 反 应 所
q
把
B= 与 E = 相比较 。 们 以可 更
q 我 q
刻深 地认磁识, 只与 运动 的电荷有 , 它关 表现为 定
式 中义反 运动 的物映 理量 . 静 止荷 产生 电电场 , 受并 库力仑 用 ,作 运动
电了 场强的 弱 .
又 , 如在究研 场磁 强的弱时 , 我 们根 据探试 电元流 放在 场磁中 所 受 倍 安力 与 F电元流
电流 强的跟 度度长的 乘 积 儿之 定比义 为磁 感
电荷 除了仍会应 生 电产场。 会 生产场 磁。 还 它不仅 受到 仑力 库作的 , 会 用到 受洛伦 力兹的 用作。 还 阅 读 这里到, 不禁使 们 产 生我几 疑个问 : ()根当 据 动 运荷电所 受 洛 伦兹 力 定来 义
1磁感 应强 度 , 时感 强 度 的应大 小跟运 动电 荷磁
强 B 的大度 , 小: 即 R
一
一
f
・ L
塞 -
() 2
有 么关 什?系 ( ) 第据二 段 落叙的述 , 场 的 产 跟生 2根
P磁
在这 ,里为 试 电流 元探 电的强流 度, 为L 试 电流元 探垂在直磁 场 方 上向 的 度长 , 外为 B 磁场 磁的 应感强 度 . 我 说们外 磁场 磁 的应 感 强 度试跟探 电 元流关 . 无在磁 场 中即 确定 的 点一 ,
运 电荷有 动 , 关 现定为式 义B= 表 中反 映 运
q
物理 量动 . 么 , 动电荷 的速 度 越小, 那 运 产 生 的 磁就 场 越?大动 荷 电生产的 磁场跟 运 动 电运 荷 的度速成反比吗 ?
( 静 )止 的荷电在 产生 电 的场 同时 ,定 一3
当
探电流试元的儿 积越乘 大, 它在外磁场所 受中的培力 F等安例比大增,
比值 不B变.其 而 同 一 探 试流元 电 儿 ,在磁场 越 强 的地 方 , 安 受
P
培 力
F 越大 , 比值 也越 就 , 大以B 反 应 所了』 1一
磁
的场强 弱.
受库仑 力用作 吗?动 的 电荷 在产生电场 、 运 场 的 磁时同, 一定 库仑受力 洛伦兹、 力作用 吗 ?
一
如此
推 类,我 们 然当 可根 据以 运动电 荷在
磁场 中
所的受的洛兹伦力 洛F定义来感应磁强
度 B的小大 ,: 即 B
:
q
、
用比值的方 定 义物法理量
用
比 值方法定义物的理量研究是理物学问 题 常的方用法 .如在比究电场的强研弱 , 我时们
根 据 探 电试荷在 电场中 的力受F 与 电荷量 的 q值比定义为 电 场 强度 E. : 即
)( 3
在 里这, 试探 动运 电荷 电的量荷, 为 q 为
点 电荷在磁中场垂直场磁方向的 分速度 为,
・B
l ・
9
2 0 0年 912 月
oV.7 o 2 1 N2.3
中
物学理
外
磁场 的 磁 感应强度 .说 们 磁外场的 磁 应 感我
我们究点研电荷 q 以 度速 匀做 足
度强跟试探电荷关. 无在磁即场中 定的确一点, 当试 探荷电的电荷 q 量与运速动度的乘积 越
,大 它外在场磁中 所的洛伦兹受力F 洛等比 例 大增 ,比其值 B不 .变而 同一试探电荷q , v磁 在
P
速
直 运 l 离动距,运 f 厂动 线距d 离在 轨它 、 } 迹
垂直的离为距 的区域r ,生的磁 产』i 场
B 大小的 ,图 示 .l 如
所动电运 ql 荷在 d 长上产度的 J生
』效等电流 :
, ,
场
强越地方的,受 伦洛兹 F 力洛大,越 值比
q
,
1 图
就越 也大, 以 B反 应 了 磁 的强场弱. 所
二、 不 把 场能 源荷电试 探 电与荷混淆 等把 效 流电带入 ( :)4 得
× r
= ・ = ・
教材边 中 的叙 述 框把:B =E =与 “ q
q
旦
()
5栩 比较
,我可 以们更深 刻地认 识 :磁它 只与运 的电动 有荷 关 表现, 定 为义式中反 运 映 的物理 动量 . 这里” 是是不 定把义 中的式试 探电 荷当 做了 场源电荷 在?从 (式 )我 中们 难 看 不出 ,电 荷是 q 3 点 试探 电荷, 而不是产生 场磁场 的源 电 , 荷定义在 式中用是探试 荷电所受 洛伦的兹 力检测外来 磁 场 的弱 强 而, 不是研 点 电究 q荷 动运 产时 的
磁生场. 以 ,动电 产荷生的磁 场不 由( ) 能 运 3所 式
由)我们 ( 以可得 这样出 的结 论: 以运 5在 动 方
向为法 的过线运动 电 荷 本体平的 上距离面 为 r地方 , 运的 电荷 产动 生磁的 大场小 是一个 常 量.
: =即B
斗
. .
。
r
动 电运荷 生 产磁 的场, 跟 运动 荷电 速 的 率成
比正, 跟到 运动电 荷的距 离r的 次二 方成
反比.
来 确定, 3 更式不 反能 电荷 产 映生 磁的 场跟 () 荷电运 速动 度反的 相 系 . 关 如 教果材 中叙 述成立 , 的那么, 动运电 荷的
、四电 荷的受 跟力 外电 、 外磁场场 切相密 关
止静的电产生荷电 场,但 并非库受仑力作 用 .因为如果 静止的荷电 q有没放任何入场电 , 它不受
任何 电 场力 用 作; 如放果 入任意 场 强电
率速大,越 产生磁的就场越小 这显然,跟我的们 常 相识违.背在教材中, 我们究过研通 直电线导
周产围生 的 磁场 , 果 如流电 度强 ,大, 产 围 越
生周 磁 的场B 强 越 ,OB ; 即 C, 而导线 的中 电流从
观上微 来看, 不 是就 荷 电的定 运 向 动 产生
的吗? 我时 知们 道。 , 以,.C 所 我们 可 以 定 性 地 到得B。 的结论 .C
度为 E的电场 ,
受它到电场作用力 ,大小为F 其 = 此力 不q能称 为 库 仑力 . 仑 特 指真 力 E空 库,中点 电 之 荷 的间相互 用力 ,作只 有将 静止 荷 电 放其入它点 电荷 的 场 中,电 它才 受到库 力仑 的 作用 .所 以 静,止的 电荷虽点然产会生 场, 但 电
, 是不它一定 会受库仑力 作用 . 同样 的道 理 ,动的 电 产 生 荷电 、场场 运 磁
三、
运 动电 荷 生产的 磁场 跟运动 电 的荷 速
成正 率比正
我可以们根载流据线导产磁生的基场本 规毕律 奥一萨伐尔律定来 明证动 电运荷围产周
生磁的场B 跟 电运荷 动率速 的关 系 . 毕 一奥萨伐尔定律 的 微分形 式 :
d :B
・
时 ,并非 “仅受不库仑 力 还、受洛会兹 伦力 作用” 果运动如荷没有电点电在 的电场荷中 运 . ,动 没就库有仑的力在 , 如果存没有磁在场运 动 , 中就没 有洛伦兹力 的存 了,在 也即使 在磁 场中
运, 如果 运动动 向方磁场 跟行平 没,有伦洛兹 也 力 存在 .建 议将 材教中的一些 当不关的 联 词删
斗 7 r
.
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物学 理
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02 0 年 9 2月 1
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-两 道 感生 电 场 题的处 理 于<-
汪忠
问淼 1题 (上 卷海 图 )所 示1, 个互连 如两
的金 属圆环 ,粗 金 环属的 电 阻为 细金
属 环阻
电 × × × ×
二的分之 一 .垂 直场 穿过粗金属 环所 在域 区.磁
当磁 感应 强 度随 时间均匀 化变 时,粗 环 产内 在 生 的感应 电 动势为 。E 则 、 ,口 6两 点 的间 电
差势 为
图 2
磁
场中 产 感 生应 电动势 , 因此 这 部相 分当 电于
源
.整个线 电框阻为R , 电 源内阻 r= 。设则
詈 。线在 场 部是载 其阻 R,框 磁 外 的负 电 , 而
蓄0 R・R 图
1
AE . E. D 。 . 。B。。c E. 丢 吾{E
析 解粗 相环当 于 源 电 ,环细相 当 于 负 载
, 则有: 又
E =
s=
=
一 o , 1. V
,
=
x
号 u =R
所 u
侬= × R 以 =吾 。
=00 2 . 65 V .
对
海上道这考高 的题解法疑无正是的.
确问 2 用题 匀导均线 成 的矩做形线框 为长
对
上题照法 ,解 该应说题本样求解也是
对 的 这 实,际上是 错误 .的 里一 个有要 的重认 但 这
磁 场部 内呢 ?
感
30"宽为0i 框左侧线的 告在放直垂纸.1 1 "I, m, . 识 问 题就 是: 生动 电是势 否 只分布在 化变 的
面里的
匀 强磁场 中, 图2所 示. 如 磁当 场 每以 秒
1 的变化 均率 增加匀时 , 0 T 求框 中 n线 b两 、点 的电势差 多大 ?
感 生 电动势的产 机生 理 是麦 克 斯 韦 理 : 变论化的 磁 场产 生旋涡电 场 . 涡旋种磁场 在变 这 化 磁的 场内 、都有 分 布 . 面 我 们 来 看 一个 下外
解析
矩形框线左侧 处告于匀变均的化 例 证 .
. .除 . 是是这不样表达为更贴切: 静的止电荷 会 产电生场 它在,电 场中受到会电力场的用作. 动运电荷不仅能产的生场,电还会产 磁生场, 它 在电 中场受到电场会力作用的 ,磁在场中 可能 受洛伦兹力的作用到 .综 上 述所 ,材中没 将有 试探 电荷 与 源场
教荷电明地区分清楚确, 甚 至两者把淆混, 存在科
问题 学 .们我在教学中应该跟学生清分这两 楚者区的 别, 此以抛砖引玉文 ,谨 同请引仁起高度 视 . 重
【 作 单位者:25 0 ) 苏苏省市州第 一1(0 6 江学中 校(30 0江 西省 九江市业大学职】 320 )
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