§2.3磁场的高斯定理合编.ppt

§2.3 磁场的高斯定理 静电场： 磁 场： 静电场是有源场 一. 磁力线 1. 规定 (1) 方向：磁力线切线方向为磁感应强度 的单位面积上穿过的磁力线条数为磁感 的方向 (2) 大小：垂直 应强度 的大小 2. 磁力线的特征 1 直线电流的磁感应线 I B I 2 I 圆电流的磁感应线 3 通电直螺线管的磁感应线 4 各种典型的磁感应线的分布——（铁屑） 直线电流的磁感线 圆形电流的磁感线 5 直螺线管电流的磁感线 环形螺线管(螺绕环)电流的磁感线 6 (2) 与电流相互套连，服从右手螺旋定则 (3) 磁力线不相交 二.磁通量 通过面元的磁力线条数 —— 通过该面元的磁通量 对于有限曲面 磁力线穿入 对于闭合曲面 规定 磁力线穿出 7 (1) 无头无尾的闭合曲线 三.磁场的高斯定理 磁场线都是闭合曲线 (磁高斯定理) 电流产生的磁感应线既没有起始 点，也没有终止点，即磁场线既 没有源头，也没有尾 —— 磁场是无源场（涡旋场） 例 证明在磁力线 为平行直线的空间中，同一根磁力线 上各点的磁感应强度值相等。 解 8 2. 在均匀磁场 中，穿过YOZ平面内 面积为 S 的磁通量。 1. 求均匀磁场中 半球面的磁通量 课堂练习 9 现代物理相关信息： 将磁场的高斯定理与电场的高斯定理相比较，可知自然界中没有与“电荷”相对应的“磁荷”（或叫单独的磁极）存在。但是1931年英国物理学家狄拉克曾从理论上预言，可能存在磁单极子(Magnetic monopole)，并且磁单极子的磁荷同电荷一样也是量子化的。 ???? 近几十年来，从月球岩石到深海沉积物，从高能加速器到宇宙射线，人们一直在捕捉磁单极子踪迹。然而迄今为止，人们还没有发现可以确定磁单极子存在的实验证据。 ???? 如果实验上找到了磁单极子，那么不仅磁场的高斯定理以至整个电磁理论都将作重大修改，而且将深刻影响有关基本粒子的构造、相互作用的“大统一理论”、宇宙的演化等重大理论问题。 10 1931年 Dirac 预言了磁单极子的存在 量子理论给出电荷 q 和磁荷 qm 存在关系： 预言：磁单极子质量： 这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。人们寄希望于在宇宙射线中寻找。 ?只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。 11 唯一的一次，从宇宙射线中捕捉到磁单极子的实验记录： 斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。 基本装置: qm 电感 L I 超导线圈 有磁单极子穿过时，感应电流 I 1982.2.14,13:53 t 12 4匝直径5cm的铌线圈，连续等待151天 以后再未观察到此现象 结论：目前不能确认磁单极子存在！