普通物理中畢奧-薩伐爾定律的教學(xué)研究

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畢奧-薩伐爾定律是電磁學(xué)中一個(gè)特別重要的定律，它是由法國(guó)出名的科學(xué)家畢奧和薩伐爾經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期合作研究得出的測(cè)驗(yàn)結(jié)果。這項(xiàng)測(cè)驗(yàn)主要研究的是載流長(zhǎng)直導(dǎo)線對(duì)磁極的作用反比于距離，同時(shí)還對(duì)電流對(duì)磁極作用力的影響舉行了確定。為了更好地掌管畢-薩定律，文章針對(duì)普遍物理中這項(xiàng)定律的教學(xué)舉行了細(xì)致的研究和分析。

普遍物理畢奧-薩伐爾定律教學(xué)研究

作為電磁學(xué)中的一項(xiàng)根本規(guī)律，畢奧-薩伐爾定律第一次指出了電磁之間的量化關(guān)系和作用，對(duì)電磁學(xué)的進(jìn)展有著極大的影響和意義。這項(xiàng)定律中包含的根本物理思想和方法，對(duì)現(xiàn)代物理的進(jìn)展起到了特別重要的影響。一般處境下，普遍物理教材中對(duì)這項(xiàng)定律舉行引用的方法為：首先對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度舉行定義，然后給出畢奧-薩伐爾定律的結(jié)論，結(jié)果把讀者的留神力引向解題和計(jì)算[1]。但是筆者認(rèn)為在實(shí)際引用的過(guò)程中，這種方式還存在明顯的缺乏。因此本文將對(duì)普遍物理中畢奧-薩伐爾定律的教學(xué)舉行深入的研究，夢(mèng)想能夠有效地解決存在的問(wèn)題。

一、建立畢奧-薩伐爾定律的測(cè)驗(yàn)過(guò)程

過(guò)去由于受到庫(kù)侖定律的影響，好多科學(xué)家都相信電和磁之間不存在相應(yīng)的關(guān)系，在舉行研究的時(shí)候也是將電和磁分別開來(lái)。后來(lái)丹麥物理學(xué)家奧斯特在研究中察覺(jué)了電流的磁效應(yīng)，這一消息急速傳到了法國(guó)的科學(xué)界，僅僅一周的時(shí)間，安培就取得了重要的研究成果。與此同時(shí)，畢奧和薩伐爾舉行了相關(guān)的電磁的測(cè)驗(yàn)，并且在法國(guó)科學(xué)院會(huì)議上做了重要報(bào)告。他們察覺(jué)：磁針的南極和北極被載流長(zhǎng)直導(dǎo)線施加的力都反比于磁極與導(dǎo)線之間的距離。這個(gè)測(cè)驗(yàn)結(jié)果是人類第一次對(duì)電流磁效應(yīng)的定量研究[2]。

（一）測(cè)驗(yàn)原理

畢奧和薩伐爾應(yīng)用測(cè)驗(yàn)的方法建立了畢奧-薩伐爾定律。整個(gè)測(cè)驗(yàn)原理可以分為三方面：第一，在對(duì)小磁針的受力狀況舉行測(cè)量的過(guò)程中應(yīng)用了磁針的振蕩周期法，切實(shí)地求出磁力反比于振蕩周期的平方數(shù)，高明地通過(guò)震蕩周期間接地測(cè)量載流直導(dǎo)線產(chǎn)生的作用在磁場(chǎng)上的力；其次，為了更好地消釋地磁場(chǎng)對(duì)測(cè)驗(yàn)的影響，他們通過(guò)補(bǔ)償法制止了測(cè)驗(yàn)中地磁場(chǎng)對(duì)磁針磁化產(chǎn)生的誤差，提高了測(cè)驗(yàn)的精確度；第三，根據(jù)具有對(duì)稱性的彎折導(dǎo)線作用在磁極上的力的測(cè)驗(yàn)，求解作用力的大小和彎折角度的關(guān)系，并且導(dǎo)出定量的公式。因此，從一些特殊的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)出電流源產(chǎn)生磁場(chǎng)的一般公式，就是畢奧-薩伐爾定律測(cè)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)質(zhì)[3]。

（二）磁現(xiàn)象的電流本質(zhì)

安培在舉行測(cè)驗(yàn)的時(shí)候，首先是將奧斯特的測(cè)驗(yàn)舉行了重復(fù)，同時(shí)他也在斟酌一個(gè)更具深度的問(wèn)題，就是：磁只能通過(guò)電流產(chǎn)生嗎？磁的本質(zhì)到底是什么？為了更好地對(duì)這一系列問(wèn)題舉行解答，安培首先做了一個(gè)比較，之后又先后舉行了三次測(cè)驗(yàn)。安培認(rèn)為在磁體間的作用都是磁最根本的現(xiàn)象和反映，因此之后他又將奧斯特測(cè)驗(yàn)和次體檢的根本作用舉行了相應(yīng)的比較。由于他認(rèn)為在奧斯特的測(cè)驗(yàn)過(guò)程中電流根本上都被當(dāng)成了磁體，所以也是主要的施力磁體。那么到底電流能否充當(dāng)受力的磁體呢？針對(duì)這一問(wèn)題，安培也舉行了相關(guān)的測(cè)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)驗(yàn)，安培察覺(jué)電流切實(shí)能夠充當(dāng)根本的受力磁體。在不斷地測(cè)驗(yàn)和探究過(guò)程中，他對(duì)好多之前存在的問(wèn)題都舉行了相應(yīng)的分析和解答。因此通過(guò)大量的測(cè)驗(yàn)，安培又在原本測(cè)驗(yàn)的根基上舉行了大膽的假設(shè)：磁性物質(zhì)中由于真實(shí)的存在分子電流，因此磁現(xiàn)象真正的發(fā)源是由電流形成的[4]。

二、畢奧-薩伐爾定律的體驗(yàn)和理解

（一）磁與電流間的量化關(guān)系

雖然之前安培對(duì)好多電流的問(wèn)題舉行了研究和分析，但是在磁和電流間的量化關(guān)系到底是什么，對(duì)于這一問(wèn)題得到了相應(yīng)的進(jìn)展的是畢奧和薩伐爾。他們?cè)趯?duì)這一問(wèn)題舉行研究的時(shí)候，首先是將奧斯特之前的測(cè)驗(yàn)舉行了重復(fù)，同時(shí)在奧斯特原本的測(cè)驗(yàn)根基上也對(duì)測(cè)驗(yàn)裝置舉行了完善和提升，因此形成了畢奧-薩伐爾裝置。在這項(xiàng)測(cè)驗(yàn)裝置中，導(dǎo)線一經(jīng)通電，那么兩磁極同時(shí)受力，但是圓盤上的系統(tǒng)還是相應(yīng)地保持靜止?fàn)顟B(tài)。因此他們通過(guò)這一測(cè)驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論是：兩個(gè)磁力相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線磁力的大小是相等的，但是由于方向是相反的，因此兩者之間的作用力被相互抵消；同時(shí)由于磁力和電流的強(qiáng)度是成正比的，因此直線電流對(duì)磁極的作用力和電流的強(qiáng)度也是成正比的。

（二）畢奧-薩伐爾定律的體驗(yàn)

由于畢奧-薩伐爾的測(cè)驗(yàn)是在好多前提測(cè)驗(yàn)的根基上舉行的，因此我們?cè)诤推渌奈锢矶膳e行比較的時(shí)候能夠很明顯地察覺(jué)它們之間有好多共同的特點(diǎn)，但是在整體測(cè)驗(yàn)的方向感還是存在很大區(qū)別的。譬如在舉行測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中，在同樣一個(gè)平面內(nèi)，有兩個(gè)方向垂直的兩個(gè)電流元，我們只要純熟地掌管了畢奧-薩伐爾定律，那么就很輕易對(duì)磁感應(yīng)的強(qiáng)度做出分析和判斷，對(duì)我們學(xué)習(xí)電流指示也有著很大的扶助和影響[5]。

（三）畢奧-薩伐爾定律的理解

我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理的時(shí)候有一個(gè)特別常見的定那么叫作“左手定那么”。因此我們?cè)趯?duì)上文中的例子舉行研究的過(guò)程中，想要更好地將問(wèn)題舉行簡(jiǎn)化，首先可以將電路中的其他環(huán)節(jié)去除。也就是說(shuō)在同一個(gè)空間中只存在兩個(gè)電流元，那么在對(duì)這一問(wèn)題舉行研究的過(guò)程中，我們就可以認(rèn)為這兩個(gè)電流元是在電荷元低速的運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生和展現(xiàn)的，因此在他們之間所產(chǎn)生的磁力實(shí)際上是沒(méi)有得志牛頓第三定律的。

我們?cè)趯?duì)定律舉行研究的過(guò)程中，通過(guò)測(cè)驗(yàn)的方式最終得出了磁現(xiàn)象的電流本質(zhì)。因此在現(xiàn)代物理理論中我們察覺(jué)，無(wú)論是電流還是分子電流，都是電荷的運(yùn)動(dòng)。因此可以說(shuō)，電磁現(xiàn)象的本質(zhì)都是起源于最根本的電荷運(yùn)動(dòng)。在對(duì)定律建立的研究過(guò)程中，我們通過(guò)測(cè)驗(yàn)、比較等方式得到了畢奧-薩伐爾定律，同時(shí)我們還在這確定律中通過(guò)對(duì)測(cè)驗(yàn)現(xiàn)象的研究和分析，得出了相關(guān)的測(cè)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)今后普遍物理教學(xué)的開展將起到極大的扶助。同時(shí)，學(xué)生在對(duì)這一物理問(wèn)題舉行理解的過(guò)程中也將有更明確的熟悉，對(duì)今后物理課程的學(xué)習(xí)和開展將起到有效的促進(jìn)作用[6]。

三、終止語(yǔ)

本文對(duì)畢奧-薩伐爾定律的建立過(guò)程舉行了細(xì)致的研究和分析，同時(shí)也對(duì)根本的測(cè)驗(yàn)原理和相關(guān)的環(huán)節(jié)舉行了細(xì)致的闡述。物理本身就是一項(xiàng)對(duì)比枯燥的學(xué)科，并且這門學(xué)科的測(cè)驗(yàn)性對(duì)比強(qiáng)，學(xué)習(xí)定律和測(cè)驗(yàn)是不成分割的。加強(qiáng)對(duì)這類定律的分析和研究，不僅有助于教師更好地開展教學(xué)，也有助于學(xué)生更好地舉行物理學(xué)習(xí)。在對(duì)定律的研究過(guò)程中，通過(guò)測(cè)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)物理有了新的熟悉和理解。因此，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師要更好地對(duì)相關(guān)的定律舉行研究，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的本質(zhì)舉行研究。這樣才能更有利于普遍物理教學(xué)的開展和進(jìn)展，有利于促進(jìn)整體物理教學(xué)水平的提高。

[1]高卓，孫作江，劉鵬，等.畢奧-薩伐爾定律的教學(xué)研究[J].物理與工程，2022，24（06）：43-46.

[2]呼和滿都拉，冀文慧，楊洪濤，等.畢奧-薩伐爾定律建立的探討[J].物理通報(bào)，2022，28（11）：18-23.

[3]孟祥國(guó)，張寶鋒，崔風(fēng)華，等.由麥克斯韋方程組推導(dǎo)出畢奧-薩伐爾定律的幾種方法[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，17（01）：25-26，65.

[4]王較過(guò).畢奧-薩伐爾