【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第三章磁场

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】  

§3-2电流的磁场

【01】在1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导体的周围存在着磁场。如图3·12所示，奥斯特在静止磁针的上方平行地拉直一根导线，然后通过电流（方向如图示），发现磁针的北极向着纸外偏转；电流方向改变时，发现磁针北极的偏转方向也改变了（即变成向着纸内偏转）。实验的结果说明：电流的周围存在着磁场，磁场的方向（即磁场强度的方向）和电流的方向有关。

【02】奥斯特实验的重大意义就在于它揭露了电现象和磁现象之间的联系，为电学的研究开辟了新的道路，并扩大了电的实际应用范围。

1、直线电流的磁场

【03】用一根直导体，垂直地穿过一块水平玻璃板或硬纸板（在板中央有一小孔以便导体穿过），并在板上撒一层很薄的铁屑。当电流通过这个垂直导体时，我们用手指轻敲玻璃板以振动板上的铁屑。这时，铁屑在电流磁场的作用下，沿磁力线方向排列起来（如图3·13所示）。至于磁力线的方向可用小磁针来检验，图3·14里小磁针北极（黑色的一端）所指的方向就是磁力线的方向（即磁场强度的方向）。

【04】从图上还可以看出，电流磁场里的磁力线，并不是从什么磁极出发到什么磁极终止的，而是环绕着电流的一些闭合曲线。其实磁体的磁力线也是闭合曲线，它在磁体的外部从北极到南极，在磁体的内部从南极到北极；并不象电力线那样从正电荷出发到负电荷终止。

【05】直线电流周围的磁力线，是一些在垂直于电流的平面上的同心圆，这些圆的公共中心就在电流穿过磁力线平面的地方。靠近电流的地方磁力线分布得比较密，这就表示磁场强度比较大；远离电流的地方磁力线分布得比较疏，这就表示磁场强度比较小。如果我们的眼睛沿着电流前进的方向，那么将会发现所有的磁力线都沿着顺时针的方向。为了便于记忆，磁力线方向和电流方向之间的关系，可用图3·15所表示的右手拇指法则来表示：用右手握住导线并把拇指伸直，如果拇指指向电流的方向，那么环绕导线的四指就指示出磁力线的方向。

【06】理论和实验都证明：当一根很长的直导体中有电流通过时，在它周围磁场里任一点处的磁场强度 H 跟电流强度Ⅰ成正比，跟这一点到导体的垂直距离 r 成反比。

2、环电流的磁场

【07】先把导体做成环状，再使它通电，电流方向如图3·16所示。用撒铁屑的方法可以得知磁力线的分布情况，并可看出它们都是环绕通电导体的闭合曲线，在靠近导体处有些象同心圆。用小磁针检验，可以发现磁力线的方向如小箭头所示。

【08】实验和理论都证明：在环中心处的磁场强度 H 跟电流强度Ⅰ成正比，跟环半径 R 成反比。

3、通电螺线管的磁场

【09】把导线绕成螺线管形，通电后磁力线分布情况如图3·17所示。在螺线管内部的磁力线大部分是和管轴平行的，在螺线管的两端磁力线逐渐向外散开。每一根磁力线都是穿过螺线管内部的封闭曲线。

【10】理论和实验都证明：长螺线管内部的磁场强度大致均匀。这个匀强磁场的强度 H 跟通过导线的电流强度Ⅰ以及线圈的匝数 n 成正比，跟螺线管的长度 l 成反比。

【11】根据磁力线的分布情况，我们可以把整个螺线管看做是一个条形磁体，磁力线出发的一端相当于北极，磁力线进入的一端相当于南极。如果把通电管悬挂起来，使它能够在水平面上自由转动，那么它也会象条形磁体一样，静止在指南指北的方向上。所以我们可以说，通电螺线管具有两个磁极，各在管的一端。

【12】通电螺线管的极性，可用图3·18所表示的右手拇指法则来说明：用右手握住螺线管，使环绕螺线管的四指指示电流的方向，则伸直的拇指所指的一端是北极，即拇指指向磁力线发出的一端。

【13】通电螺线管可以看做是串联起来的环电流，而每匝线圈相当于一个环电流。于是环电流可以相当于一个很短的条形磁体，它也有北极和南极，并且也遵循上述的右手拇指法则。

习题3-2

1、如果电流的方向是自北向南，现在在它的上方放一个可以自由转动的小磁针，问磁针的北极偏向何方？为什么？

2、某人站在一根南北方向的电线下方，发现磁针的磁北极向东偏转，问线上的电流方向是怎样的？为什么？

3、把一个线圈平放在桌面上，并沿顺时针方向通过电流。如果在线圈的中心处有一个磁南极，问它要向哪个方向运动？为什么？

4、什么叫磁力线？根据磁力线的分布情况可以说明什么？放在磁场里的磁针最后停在什么方向上？

5、在匀强磁场和非匀强磁场里，磁力线的分布各有些什么不同？在直线电流的磁场里，为什么在靠近电流处的磁力线要画得比较密集些？

6、什么叫做磁通量？磁场强度和磁通量之间有什么关系？

7、试确定附图中通电螺线管的北极和南极。

8、试确定附图中电源的正极和负极。