电工技术与技能第五章课件(周绍敏)

1、第五章第五章磁场和磁路磁场和磁路教学重点教学重点1了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场，会用了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场，会用右手定则判断其磁场的方向。右手定则判断其磁场的方向。2理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。3了解匀强磁场的性质及有关计算。了解匀强磁场的性质及有关计算。4掌握磁场对电流作用力的有关计算（作用力公式）及方掌握磁场对电流作用力的有关计算（作用力公式）及方向的判断（左手定则），了解磁场对通电线圈的作用。向的判断（左手定则），了解磁场对通电线圈的作用。5了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线对其性能了

2、解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线对其性能的影响。的影响。6了解磁动势和磁阻的概念。了解磁动势和磁阻的概念。掌握磁路中的欧姆定律。掌握磁路中的欧姆定律。序号序号 内内 容容学时学时1 第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应 12 第二节磁场的主要物理量第二节磁场的主要物理量 13 第三节磁场对电流的作用力第三节磁场对电流的作用力 14 第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 15 第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 16 本章小结本章小结 17 本章总学时本章总学时 6学时分配学时分配教学难点教学难点第五章磁场和磁路第五章磁场和磁路第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应第二节第

3、二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量第三节第三节 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 本章小结本章小结 第一节第一节 电流的磁效应电流的磁效应一、磁场一、磁场二、磁感线二、磁感线三、电流的磁场三、电流的磁场1磁场磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，磁极间的作用规律磁极间的作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。：同名磁极相互排

4、斥，异名磁极相互吸引。 2磁场的性质磁场的性质：磁场具有磁场具有力的性质和能量性质力的性质和能量性质，对处于它里，对处于它里面的磁极有力的作用。面的磁极有力的作用。 一、磁场一、磁场注意：注意：1、磁场与电场的对比；、磁场与电场的对比；2、磁体能够产生磁场，但不是磁场的唯一、磁体能够产生磁场，但不是磁场的唯一来源，电流的周围也存在磁场。来源，电流的周围也存在磁场。 3磁场方向磁场方向：在磁场中某在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，点放一个可自由转动的小磁针，当小磁针静止时，它的当小磁针静止时，它的N极所指极所指的方向即为的方向即为该点该点的磁场方向。的磁场方向。 磁场具有方向性。磁场具有方向

5、性。在磁场中可以利用磁感线来形象的表示各点的磁场方向在磁场中可以利用磁感线来形象的表示各点的磁场方向。4、磁场是媒介物：、磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。的相互作用是通过磁场发生的。5地球的磁性地球的磁性地球是一个巨大的磁体，地球周围存在地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场磁场-地磁场。地球的地理两极与地磁地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合，地磁的两极不重合，地磁的N极在地理的南极极在地理的南极附近，地磁的附近，地磁的S极在地理的北极附近，极在地理的北极附近，其间存在磁偏角。其间存在磁偏角。 铁棒A能吸引小磁针,铁棒B能排

6、斥小磁针,若将铁棒A靠近铁棒B时,则（）A.A、B一定互相吸引 B.A、B一定互相排斥C.A、B间有可能无磁场力作用D.A、B间可能互相吸引，也可能互相排斥下列关于磁场的说法中,正确的是 ( )A磁场跟电场一样,是人为假设的B磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场C指南针指南说明地球周围有磁场D磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都是通过磁场发生的 下列说法中正确的是 （ ）A磁体上磁性最强的部分叫磁极,任何磁体都有两个磁极B磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的,而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的C地球的周围存在着磁场,地球是一个大磁体,地球的地理两极与地

7、磁两极并不重合,其间有一个交角,这就是磁偏角,磁偏角的数值在地球上不同地方是相同的D磁场是客观存在的一种物质 二、磁感线二、磁感线1磁感线磁感线在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线磁感线。如图。如图 5-1 所示。所示。 图图 5-1磁感线磁感线 ABC2特点特点( (1) )磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱，强弱，密强疏弱。密强疏弱。( (2) )磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由磁感

8、线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由 N 极出来，绕极出来，绕到到 S 极；在磁体内部，磁感线的方向由极；在磁体内部，磁感线的方向由 S 极指向极指向 N 极极。( (3) )磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。 （4 4）任意两条磁感线不相交。）任意两条磁感线不相交。 （5 5）磁感线是为研究问题方便人）磁感线是为研究问题方便人为引入的为引入的假想曲线，实际上并不存在。假想曲线，实际上并不存在。图图 5-2 所示为条形磁铁的磁感线所示为条形磁铁的磁感线的形状。的形状。图图 5-2条形磁铁的磁感线条形磁铁的磁感线3匀强磁场匀强磁场在磁场中某

9、一区域，若磁场的大小、方向都相同，这部分在磁场中某一区域，若磁场的大小、方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。互平行的直线。 两种情形的匀强磁场：两种情形的匀强磁场：1、距离很近的两个异名磁极之间除、距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；边缘部分以外的磁场；2、相隔一定距离的两个平行线圈通电时，、相隔一定距离的两个平行线圈通电时，其中间区域的磁场；通电螺线管的内部磁场。其中间区域的磁场；通电螺线管的内部磁场。关于磁场和磁感线的描述，正确的是关于磁场和磁感线的描述，正确的是A.A.磁感

10、线可以形象地描述磁场的强弱和方向，磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向就表示该点的磁场方向它每一点的切线方向就表示该点的磁场方向B.B.磁感线是从磁铁的磁感线是从磁铁的N N极指向极指向S S极极C.C.磁铁间的相互作用不是通过磁场发生的磁铁间的相互作用不是通过磁场发生的D.D.磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线答案：答案：A A关于磁感线的概念，下列说法不正确的是关于磁感线的概念，下列说法不正确的是A.磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方向向B.磁场中任意两条磁感线都不能相交磁场中任意两条磁感线都不

11、能相交C.磁感线和电场线一样都是不封闭曲线磁感线和电场线一样都是不封闭曲线D.通过恒定电流的螺线管内部磁场的磁感线都通过恒定电流的螺线管内部磁场的磁感线都平行于螺线管的轴线方向平行于螺线管的轴线方向答案答案：C 三、电流的磁场：三、电流的磁场： 电流的方向与它的磁感线方向之间的关系用安培定则判定电流的方向与它的磁感线方向之间的关系用安培定则判定。 1820年，丹麦的物理学家奥年，丹麦的物理学家奥施特做了如图所示的实验：把一施特做了如图所示的实验：把一条导线平行地放在小磁针的上方，条导线平行地放在小磁针的上方，给导线通电时，发现小磁针发生给导线通电时，发现小磁针发生了偏转。这说明电流也能产生磁了

12、偏转。这说明电流也能产生磁场，电和磁是有密切联系的。场，电和磁是有密切联系的。1、电流的磁效应、电流的磁效应电流的周围存在磁场的现象称为电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应电流的磁效应。电流电流的磁效应揭示了磁现象的电本质。的磁效应揭示了磁现象的电本质。奥施特实验奥施特实验直线电流所产生的磁场直线电流所产生的磁场方向可用方向可用安培定则安培定则来判定，方法是：来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。磁感线的环绕方向。 2直线电流的磁场直线电流的磁场 直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点

13、为圆直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上 课堂训练课堂训练1、如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小、如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的的N极转向同学们，那么这束带电粒子可能是极转向同学们，那么这束带电粒子可能是 （ ）A.向右飞行的正离子束向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束向右飞行的负离子束D.向左飞行的负离子束向左飞行的负离子束BC如图所示，两根非常靠近且互相垂直

14、的长直导线，如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的的 （ ）A.A.区域区域I I B.B.区域区域C.C.区域区域 D.D.区域区域环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：用让右环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：用让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。线环中心轴线上的磁感线方向。3

15、环形电流的磁场环形电流的磁场 环形电流磁场的环形电流磁场的磁感线：是一些围绕磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形线上，磁感线和环形导线的平面垂直导线的平面垂直 2、如图所示，环形导线周围有三只小磁如图所示，环形导线周围有三只小磁针针a、b、c，闭合开关，闭合开关S后，三只小磁针后，三只小磁针N极的偏转方向是（极的偏转方向是（ ）A、全向里、全向里 B、全向外、全向外 C、a向里，向里，b、c向外向外 D、a、c向外，向外，b向里向里课堂训练课堂训练D螺线管通电后，磁场方向仍可用螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则安培定

16、则来判定：用右手握住螺线管，来判定：用右手握住螺线管，四指指向四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。也就是说，电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。也就是说，大拇指指向通电螺线管的大拇指指向通电螺线管的N级级。4通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场 通电螺线管磁场的磁感线：和条形通电螺线管磁场的磁感线：和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些极，并和外部的磁感线连接

17、，形成一些环绕电流的闭合曲线。环绕电流的闭合曲线。 电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。磁场的极性可以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。练习练习3 3：如图所示，当开关闭合时：如图所示，当开关闭合时：(1)判断通电螺线管的磁极；判断通电螺线管的磁极；练习练习3 3：如图所示，当开关闭合时：如图所示，当开关闭合时：(1)判断通电螺线管的磁极；判断通电螺线管的磁极；（2）指出每个小磁针的）指出每个小磁针的N、S极。极。NS甲甲乙乙丙丙丁

18、丁SNNNN练习练习4 4：根据图中所示，小磁针所指方向，根据图中所示，小磁针所指方向，画出通电螺线管的绕线情况。画出通电螺线管的绕线情况。NN练习练习4 4：如图所示，根据小磁针所指方向及如图所示，根据小磁针所指方向及电流方向，画出通电螺线管的绕线情况。电流方向，画出通电螺线管的绕线情况。NN 在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向磁场的电流方向NSX第二节第二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量一、磁感应强度一、磁感应强度二、磁通二、磁通三、磁导率三、磁导率四、磁场强度四、磁场强度 N S1 1、电键接通电路、电键接通电路2 2、改变电流

19、方向、改变电流方向复原再做一次复原再做一次显示磁感线显示磁感线隐藏磁感线隐藏磁感线FF通电导体在磁场中受力作用演示一、磁感应强度一、磁感应强度 磁场中磁场中垂直于垂直于磁场方向的通电直导线所受的磁场力磁场方向的通电直导线所受的磁场力F 与与电流电流 I 和导线长度和导线长度 l 的乘积的乘积 Il 的比值叫做通电直导线所在处的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度的磁感应强度 B。即。即IlFB FN（牛顿），IA（安培），Lm（米），BT（特斯拉）磁感应强度是一个磁感应强度是一个矢量矢量，它的方向即为该点的磁场方向它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，在国际单位制中，磁感应强度的单位是：

20、特斯拉磁感应强度的单位是：特斯拉(T)。物理意义：物理意义：磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。用用磁感线磁感线可形象地描述磁感应强度可形象地描述磁感应强度 B 的大小，的大小，B 较大的地较大的地方，磁场较强，磁感线较密；方，磁场较强，磁感线较密；B 较小的地方，磁场较弱，磁感较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度 B 的方向。的方向。 磁感应强度磁感应强度B可用专门的仪器来测量，如特斯拉计。可用专门的仪器来测量，如特斯拉计。匀强磁场匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。

21、中各点的磁感应强度大小和方向均相同。 注意：注意： 1、通电导体周围磁感应强度、通电导体周围磁感应强度 B 的大小不仅与产生磁场的电流的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒介质和导体有关，还与磁场内媒介质(又叫做磁介质又叫做磁介质)的导磁性质有关。的导磁性质有关。 2、在确定的磁场中，磁场每一点磁感应强度只取决于磁场本身，、在确定的磁场中，磁场每一点磁感应强度只取决于磁场本身，与磁场力与磁场力F 、电流、电流 I 、导线长度、导线长度 l 无关。无关。故：描述磁场的强弱和方向既可以用磁感应强度，也可以用故：描述磁场的强弱和方向既可以用磁感应强度，也可以用磁感线的枢疏密程度。磁感线的

22、枢疏密程度。【例】磁场中放一根与磁场方向垂直的通磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是电导线，它的电流强度是2.5 A，导线长，导线长1 cm，它受到的安培力为，它受到的安培力为510-2 N，则这，则这个位置的磁感应强度是多大？个位置的磁感应强度是多大？T 2m 101A5 . 2N 10522ILFB解答：课堂练习课堂练习1、下列有关磁感应强度的方向正确的是下列有关磁感应强度的方向正确的是（）（）A.B的方向就是小磁针的方向就是小磁针S极所指的方向极所指的方向B.B的方向与小磁针在该点静止时的方向与小磁针在该点静止时N极受力极受力方向一致方向一致C.B的方向就是通电导线的受力

23、方向的方向就是通电导线的受力方向D.B的方向就是该处磁场的方向的方向就是该处磁场的方向BD2、一根长、一根长cm的通电导线放在磁感应的通电导线放在磁感应强度为强度为0.4T的匀强磁场中的匀强磁场中,导线与磁场导线与磁场方向垂直方向垂直,若它受到的安培力大小为若它受到的安培力大小为410-3N,则导线中的电流是则导线中的电流是_A;若若将导线中的电流减小为将导线中的电流减小为0,则该处的磁感则该处的磁感应强度为应强度为_T0.050.43、由磁感应强度的定义式由磁感应强度的定义式B=F/IL可知可知,磁磁场某处的磁感应强度的大小场某处的磁感应强度的大小 ( )A. 随通电导线中的电流随通电导线中

24、的电流I的减小而增大的减小而增大B. 随通电导线长度随通电导线长度L的减小而增大的减小而增大C. 随通电导线受力随通电导线受力F的增大而增大的增大而增大D. 跟跟F,I,L的变化无关的变化无关D4、下列关于磁感应强度的方向的说法中下列关于磁感应强度的方向的说法中,正正确的是确的是 （ ） A. 某处磁感应强度的方向就是一小段通电导某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受的磁场力的方向体放在该处时所受的磁场力的方向B. 小磁针小磁针N极受磁力的方向就是该处的磁感极受磁力的方向就是该处的磁感应强度的方向应强度的方向C. 垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就垂直于磁场放置的通电导线的受力

25、方向就是磁感应强度的方向是磁感应强度的方向D. 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向的磁场方向BD5、下列关于匀强磁场的说法中，错误的是、下列关于匀强磁场的说法中，错误的是A.匀强磁场内的场强大小处处相等，方向相同匀强磁场内的场强大小处处相等，方向相同B.在匀强磁场中的不同位置时，小磁针在匀强磁场中的不同位置时，小磁针N极的指极的指向可能不同向可能不同C.匀强磁场内的磁感线是疏密均匀互相平行的直匀强磁场内的磁感线是疏密均匀互相平行的直线，且方向相同线，且方向相同D.靠得很近的异名磁极之间和通电螺线管内部的靠得很近的异名磁极之间和通电螺线管内部的磁场

26、可以认为是匀强磁场磁场可以认为是匀强磁场答案：答案：B6、在磁感应强度的定义式、在磁感应强度的定义式B=F/IL 中，有关各中，有关各物理量间的关系，下列说法中正确的是物理量间的关系，下列说法中正确的是A.B由由F、I和和L决定决定 B.F由由B、I和和L决定决定C.I由由B、F和和L决定决定 D.L由由B、F和和I决定决定答案：答案：B B二、磁通二、磁通 在磁感应强度为在磁感应强度为 B 的的匀强磁场匀强磁场中取一个中取一个与磁场方向垂直与磁场方向垂直，面积为，面积为 S 的平面，则的平面，则 B 与与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 ，简称简称磁通磁

27、通。即。即SB 即磁感应强度即磁感应强度 B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度应强度 B 也常叫做也常叫做磁通密度磁通密度，并用，并用 Wb/m2 作单位。作单位。磁通的国际单位是磁通的国际单位是韦韦伯伯 ( (Wb) ) 。由磁通的定义式，可得。由磁通的定义式，可得 = BS对公式的理解对公式的理解1.B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度感应强度2.公式只适用于公式只适用于SB，若，若S与与B不垂直，不垂直，则则S为垂直与磁场方向的投影面积为垂直与磁场方向的投影面积当磁场当磁场BS垂直垂直,磁通量最大磁通量最大=

28、BS当当BS时时,磁通量最小磁通量最小=0当磁场当磁场B与面积与面积S不垂直不垂直, 1，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度 B 略有增略有增加。加。( (2) ) 反磁性物质反磁性物质： r 1，且，且不是常数不是常数，如铁、钢、铸铁、，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度磁感应强度 B 增加几千甚至几万倍。增加几千甚至几万倍。注意：注意： (1) (2) 为非铁磁性物

29、质为非铁磁性物质 r 1，铁磁性物质，铁磁性物质 不是常数。不是常数。表表 5-1 列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。表表 5-1几种常用铁磁性物质的相对磁导性几种常用铁磁性物质的相对磁导性材料材料相对磁导率相对磁导率材料材料相对磁导率相对磁导率钴钴174已经退火的铁已经退火的铁7 000未经退火未经退火的铸铁的铸铁240变压器钢片变压器钢片7 500已经退火已经退火的铸铁的铸铁620在真空中融化的在真空中融化的电解铁电解铁12 950镍镍1 120镍铁合金镍铁合金60 000软钢软钢2 180“C”型坡莫合金型坡莫合金115 000四、磁场强度四

30、、磁场强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度 B 与磁导率与磁导率 之之比称为该点的比称为该点的磁场强度，磁场强度，记做记做 H。即。即HHBBHr0 磁场强度磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向，国际单同向，国际单位是：位是：安培安培/米米 (A/m)。必须注意：必须注意：磁场中各点的磁场中各点的磁场强度磁场强度H的大小只与产生磁场的电的大小只与产生磁场的电流流I的大小和导体的形状有关，的大小和导体的形状有关，表示磁场的性质，表示磁场的性质，与磁介质的性质与磁介质的性质无关。无关。第三节第三节 磁场对电流的

31、作用力磁场对电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩三、电流表工作原理三、电流表工作原理一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力1. .安培力的大小安培力的大小磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安安培力培力。( (1) ) 当电流当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 垂直时，导线受安培垂直时，导线受安培力最大，根据磁感应强度力最大，根据磁感应强度可得可得( (2) ) 当电流当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B

32、 平行时，导线不受安培平行时，导线不受安培力作用。力作用。 IlFB BIlF ( (3) ) 如图如图 5-3 所示，当电流所示，当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 之间有一之间有一定夹角时，可将定夹角时，可将 B 分解为两个互分解为两个互相垂直的分量：相垂直的分量：一个与电流一个与电流 I 平行的分量，平行的分量，B1 = Bcos ；另一个与电流；另一个与电流 I 垂直的垂直的分量，分量，B2 = Bsin 。B1 对电流没有对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是力的作用，磁场对电流的作用力是由由 B2 产生的。因此，磁场对直线产生的。因此，磁场对直线电流的作用力为电

33、流的作用力为 sin2BIlIlBF 当当 = 90 时，安培力时，安培力 F 最大；当最大；当 = 0 时，安培力时，安培力 F = 0。 图图 5-3磁场对直线电流的作用力磁场对直线电流的作用力2单位单位 公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力 F的的单位用牛顿单位用牛顿( (N) )；电流；电流I的单位用安培的单位用安培( (A) )；长度；长度l的单位用米的单位用米( (m) )；磁感应强度；磁感应强度 B 的单位用特斯拉的单位用特斯拉( (T) )。3左手定则左手定则 安培力安培力 F 的方向可用左手定则的方向可用左手定则判断：伸

34、出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都判断：伸出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，四指跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即为通电直导指向电流方向，大拇指所指的方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向。线在磁场中所受安培力的方向。 由左手定则可知：由左手定则可知：F B，F I，即，即F垂直垂直于于 B、I 所决定的平面。所决定的平面。 安培力的方向和磁场的方向、电流的方向均垂直，他们之间的关安培力的方向和磁场的方向、电流的方向均垂直，他们之间的关系可用左手定则来判断。系可用左手定则来判断。 1、有一小段通电导线有一小段通电

35、导线,长为长为1cm,电流为电流为5A,把它置于磁场中某点把它置于磁场中某点,受到的磁场力为受到的磁场力为0.1N,则该点的磁感应强度则该点的磁感应强度B一定是一定是 ( ) A.B =2T B.B 2T C.B 2T D.以上情况都有可能以上情况都有可能C画出图中第三者的方向。画出图中第三者的方向。FFFF课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习如图所示，两平行光滑导轨相距如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平，与水平面夹角为面夹角为450，金属棒，金属棒MN的质量为的质量为0.1kg，处在竖直，处在竖直向上磁感应强度为向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为的匀强磁场中，电源电动势为6

36、V，内阻为，内阻为1，为使，为使MN处于静止状态，则电阻处于静止状态，则电阻R应为多少？应为多少？(g=10N/kg，其他电阻不计，其他电阻不计)mgtgIBlF 4、如图所示，用两根轻细金属丝将质量如图所示，用两根轻细金属丝将质量m，长为长为l的金属棒的金属棒a、b悬挂在悬挂在c、d两处，置于两处，置于竖直向上的匀强磁场内。当棒中通以从竖直向上的匀强磁场内。当棒中通以从a到到b的电流的电流I后，两悬线偏离竖直方向后，两悬线偏离竖直方向 角处于角处于平衡状态。则磁感应强度平衡状态。则磁感应强度B为为 。IlabcdBIlmgtgB 解：解： 做受力（平面）图做受力（平面）图GBFTbaRB 例

37、例1、下列各图中、下列各图中ab导体棒均垂直框架放置，画出它们所受导体棒均垂直框架放置，画出它们所受安培力的方向（做平面图）。若通入电流均为安培力的方向（做平面图）。若通入电流均为I，磁感应强度，磁感应强度为为B，ab长为长为l，求出各图，求出各图ab所受安培力的大小。所受安培力的大小。baRB（垂直框架）（垂直框架）baR B（沿斜轨向上）（沿斜轨向上）baR BbFbbbFFFIBlF mgtgIBlFBGTFsinmglBIF 例例2、如图所示，用两根轻细金属丝将质、如图所示，用两根轻细金属丝将质量量m，长为长为l的金属棒的金属棒a、b悬挂在悬挂在c、d两处，两处，置于竖直向上的匀强磁场

38、内。当棒中通以置于竖直向上的匀强磁场内。当棒中通以从从a到到b的电流的电流I后，两悬线偏离竖直方向后，两悬线偏离竖直方向 角处于平衡状态。则磁感应强度角处于平衡状态。则磁感应强度B为为 。为了使棒平衡在该位置上，所需的最小磁为了使棒平衡在该位置上，所需的最小磁场的磁感应 强 度场的磁感应 强 度B 为为 ，方，方向向 。IlabcdBIlmgtgB IlmgBsin 平行悬线向上平行悬线向上解：解： 做受力（平面）图做受力（平面）图GBFT 例例3、 在倾角在倾角 =30的斜面上，固定一金属框，宽的斜面上，固定一金属框，宽l=0.25m，接入电动势接入电动势E=12V、内阻不计的电池。垂直框面

39、放有一根质、内阻不计的电池。垂直框面放有一根质量量m=0.2kg的金属棒的金属棒ab ，它与框架的摩擦因数，它与框架的摩擦因数 = 。整。整个装置放在磁感应强度个装置放在磁感应强度B=0.8T，垂直框面向上的匀强磁场中。，垂直框面向上的匀强磁场中。当调节滑动变阻器当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不计。止在框架上？框架与棒的电阻不计。g=10m/s26/3abEIB解：做受力图解：做受力图不上滑：不上滑：NBGFfsinmgfBlREIBlFsincosmgmg得：6 . 1R不下滑：不下滑：BGFNfsincosm

40、gmgBlIsincosmgmgBlRE得：得：8 . 4R故：8 . 46 . 1Raa二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈将一矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图放在匀强磁场中，如图 5-4 所示所示图图 5-4磁场对通电矩形线圈的作用力矩磁场对通电矩形线圈的作用力矩 线圈的顶边线圈的顶边 ad 和底边和底边 bc 所所受的磁场力受的磁场力 Fad、Fbc 大小相等，大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此方向相反，在一条直线上，彼此平衡；而作用在线圈两个侧边平衡；而作用在线圈两个侧边 ab 和和 cd 上的磁场力上的磁场力 Fab、Fcd 虽然大虽然大

41、小相等，方向相反，但不在一条小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩，称为直线上，产生了力矩，称为磁力磁力矩矩。 当线圈平面与磁感线平行时，当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大；力臂最大，线圈受磁力矩最大；当线圈平面与磁感线垂直时，当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零。力臂为零，线圈受磁力矩也为零。电流表就是根据上述原理工电流表就是根据上述原理工作的。作的。这个力矩使线圈绕这个力矩使线圈绕 OO 转动，转动过程中，随着线圈平面与磁转动，转动过程中，随着线圈平面与磁感线之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。感线之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改

42、变。三、电流表工作原理三、电流表工作原理1结构结构电流表的结构如图电流表的结构如图 5-5 所示。所示。在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心，铁心外套有一个可个固定的圆柱形铁心，铁心外套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的。测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的。图图 5-5电流表的结构电流表的结构2工作原理工作原理如图如图 5-

43、6 所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布，所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布，这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都跟磁感线平行。因这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都跟磁感线平行。因此，线圈受到的偏转磁力矩此，线圈受到的偏转磁力矩 M1 就不随偏角而改变。就不随偏角而改变。通电线圈所受的的磁力矩通电线圈所受的的磁力矩 M1 的大小与电流的大小与电流 I 成正比，即成正比，即 M1 = k1I式中式中 k1 为比例系数。为比例系数。图图 5-6磁电式电表的磁场磁电式电表的磁场 线圈偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产生一个阻碍线圈偏转线圈偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产

44、生一个阻碍线圈偏转的力矩的力矩 M2 ，线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩也越大，线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩也越大，M2 与偏转与偏转角角 成正比，即成正比，即 M2 = k2 ( (式中式中 k2 为比例系数为比例系数) )当当 M1、M2 平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。比较上述两个力矩，因为比较上述两个力矩，因为 M1 = M2 ，所以，所以 k1I = k2 ，即，即kIIkk 21 即测量时偏转角度即测量时偏转角度 与所测量的电流成正比。这就

45、是电流表的与所测量的电流成正比。这就是电流表的工作原理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的工作原理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为仪表称为磁电式仪表磁电式仪表。3磁电式仪表的特点磁电式仪表的特点( (1) ) 刻度均匀，灵敏度高，准确度高。刻度均匀，灵敏度高，准确度高。( (2) ) 负载能力差，价格较昂贵。负载能力差，价格较昂贵。( (3) ) 给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程较大的电压表；并联一个阻值很小的分流电阻，就可改装成量程较较大的电压表；并联一个阻值很小的分流电阻，就可改装成

46、量程较大的电流表；欧姆表也是由电流表改装的。大的电流表；欧姆表也是由电流表改装的。第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化二、磁化曲线二、磁化曲线三、磁滞回线三、磁滞回线一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化1磁化磁化本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为该物质被象称为该物质被磁化磁化。只有。只有铁磁性物质铁磁性物质才能被磁化，非铁磁性物质才能被磁化，非铁磁性物质不能被磁化。不能被磁化。2被磁化的原因被磁化的原因( (1) )内因：铁磁性物质是由许多被称为内因：铁磁性物质

47、是由许多被称为磁畴磁畴的磁性小区域组成的磁性小区域组成的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。( (2) )外因：有外磁场的作用。外因：有外磁场的作用。如图如图 5-7( (a) ) 所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性；磁性相互抵消，对外不显磁性；如图如图 5-7( (b) ) 所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向作取向排列，形成作取向排列，形成附加磁场附加磁场，使磁场显著加强。，使磁场显著加强。有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然

48、保有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保持取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。持取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。 图图 5-7铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。铁磁性物质被磁化的性铁磁性物质被磁化的性能，被广泛地应用于电子和能，被广泛地应用于电子和电气设备中，如变压器、继电气设备中，如变压器、继电器、电机等。电器、电机等。二、磁化曲线二、磁化曲线1磁化曲线的定义磁化曲线的定义磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性。铁磁性物质的磁感应强度物质的磁感

49、应强度 B 随随磁场强度磁场强度 H 变化的曲线变化的曲线，称为，称为磁化曲磁化曲线，也叫线，也叫 BH 曲线曲线。 各种铁磁性物质，由于其内部结构不同，磁化后的磁性各种铁磁性物质，由于其内部结构不同，磁化后的磁性各有差异，我们可以通过分析磁化曲线了解各种铁磁性物质各有差异，我们可以通过分析磁化曲线了解各种铁磁性物质的特性。的特性。2磁化曲线的测定磁化曲线的测定图图 5-8 中，中，( (a) )是测量磁化曲线装置的示意图，是测量磁化曲线装置的示意图，( (b) )是根据测量是根据测量值做出的磁化曲线。由图值做出的磁化曲线。由图 5-8( (b) ) 可以看出，可以看出，B 与与 H 的的关系

50、是非线性的，即关系是非线性的，即不是常数不是常数。即：铁磁性物质的磁导率。即：铁磁性物质的磁导率不是常数。不是常数。HB 图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定磁化曲线磁化曲线装置：装置：环形螺绕环环形螺绕环RNIH 2 实验测量实验测量B。原理原理:励磁电流励磁电流 I；用安培定理得；用安培定理得H磁化曲线：磁化曲线：铁磁质铁磁质 很大，且随外磁场而很大，且随外磁场而变化，变化，B与与H之间为非线性关系。之间为非线性关系。oHB)(HABCSSB3分析分析( (1) ) 0 1 段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从从零开始增加时，零开始

51、增加时，B 增加缓慢，称为增加缓慢，称为起始磁化段起始磁化段。( (2) ) 1 2 段：随着段：随着 H 的增大，的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁几乎直线上升，这是由于磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向畴在外磁场作用下，大部分都趋向 H 方向，方向，B 增加很快，曲线很增加很快，曲线很陡，称为陡，称为直线段直线段。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定( (3) ) 2 3 段：随着段：随着 H 的增加，的增加，B 的上升又缓慢了，这是由于的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转向大部分磁畴方向已转向 H 方向，随着方向，随着 H 的增加只有少数磁畴继续的增加只有少数磁畴继续转向，转

52、向，B 增加变慢。增加变慢。( (4) ) 3 点以后：到达点以后：到达 3 点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大向，再增大 H 值，值，B 也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和饱和段段，此时的磁感应强度叫，此时的磁感应强度叫饱和磁感应强度饱和磁感应强度。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定 图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定 不同的铁磁性物质，不同的铁磁性物质，B 的饱和值不同，对同一种材料，的饱和值不同，对同一种材料，B的的饱和值是一定的。饱和值是一定的。电机和变压器，通常工作在曲线的电机和变压器，

53、通常工作在曲线的 2 3 段，即接近饱和的段，即接近饱和的地方。地方。4磁化曲线的意义磁化曲线的意义在磁化曲线中，已知在磁化曲线中，已知 H 值就可查出对应的值就可查出对应的 B 值。因此，在计值。因此，在计算介质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。算介质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。图图 5-9 给出了几种不同铁给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，在相同的磁场强度上可看出，在相同的磁场强度 H 下，硅钢片的下，硅钢片的 B 值最大，值最大，铸铁的铸铁的 B 值最小，说明硅钢值最小，说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。片的导磁性能

54、比铸铁要好得多。图图 5-9几种铁磁性物质的磁化曲线几种铁磁性物质的磁化曲线磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。1磁滞回线的测定磁滞回线的测定 三、磁滞回线三、磁滞回线HBcHcHrBSBB的变化落后于的变化落后于H的变化的现象，叫做的变化的现象，叫做磁滞现象磁滞现象，简称简称磁滞磁滞饱和磁感应强度饱和磁感应强度BS：磁滞回线磁滞

55、回线所有磁畴都与外场方向一所有磁畴都与外场方向一致。相应的磁场强度称为致。相应的磁场强度称为饱和磁场强度饱和磁场强度，磁感应强，磁感应强度称为度称为饱和磁感应强度饱和磁感应强度。HBcHcHrBSB剩磁剩磁Br：当磁场强度当磁场强度H减小到零时，磁感应强度减小到零时，磁感应强度B并不等于并不等于零，而是仍有一定的数值零，而是仍有一定的数值Br ， Br叫做叫做剩余磁感应强度剩余磁感应强度，简称简称剩磁剩磁。矫顽力矫顽力HC：当当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。通消失了，铁磁质不显磁性。通常把常把Hc叫做矫顽力叫做矫顽力。铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其

56、温度升高铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高要损失能量，称为要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所与磁滞回线所包围的面积成正比。包围的面积成正比。2分析分析图图 5-10 为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。( (1) )当当 B 随随 H 沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的的数值，由图可看出，数值，由图可看出，B 并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线它上面的曲线 ab 下降。下降。( (2) ) 当当 H 减小到

57、零时，减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为，而是保留一定的值称为剩磁剩磁，用用 Br 表示。表示。永久性磁铁永久性磁铁就是利就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。用剩磁很大的铁磁性物质制成的。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 ( (3) )为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁磁性物质逐渐磁性物质逐渐退磁退磁，当反向磁场增大到一定值时，当反向磁场增大到一定值时，B 值变为值变为 0 ，剩磁完全消失，如图剩磁完全消失，如图 bc 段。段。bc 段曲线叫段曲线叫退磁曲线退磁曲线，这时，这时 H 值是值是为克服剩磁所加的磁场强为克服剩磁所

58、加的磁场强度，度，称为称为矫顽磁力矫顽磁力，用，用 HC 表示。表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩磁的能力。质保存剩磁的能力。( (4) )当反向磁场继续增大时，当反向磁场继续增大时，B 值从值从 0 起改变方向，沿曲线起改变方向，沿曲线 cd 变化，并能达到反向饱和点变化，并能达到反向饱和点 d。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 当当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就消失了，时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。铁磁质不显磁性。( (5) )使反向磁场减弱到使反向磁场减弱到 0，BH 曲线沿曲线沿 de 变化，在变化，在 e 点点 H = 0，再逐渐增大正向磁

59、场，再逐渐增大正向磁场，BH 曲线沿曲线沿 efa 变化，完成变化，完成一个循环。一个循环。( (6) )从整个过程看，从整个过程看，B 的变的变化总是落后于化总是落后于 H 的变化，这种的变化，这种现象现象称为称为磁滞现象磁滞现象。经过多次经过多次循环，可得到一个封闭的对称循环，可得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线于原点的闭合曲线 ( (abcdefa) ) ，称为称为磁滞回线磁滞回线。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 ( (7) ) 改变交变磁场强度改变交变磁场强度 H 的幅值，可相应得到一系列大小不一的幅值，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，如图的磁滞回线，如图 5-11 所示。所示。连

60、接各条对称的磁滞回线的顶点，连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲线，得到一条磁化曲线，叫叫基本磁化曲线。基本磁化曲线。 图图 5-10磁滞回线磁滞回线 图图 5-11基本磁化曲线基本磁化曲线3磁滞损耗磁滞损耗 铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，中，产生了能量损耗，称为称为磁滞损耗磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。磁滞损耗就越大。因此，因此，磁滞回线的形状常被用