第二章-磁场与电磁感应课件

第二章

磁场与电磁感应磁场与电磁感应1磁场及其基本物理量2电磁感应定律

3自感与互感磁体及其性质磁性——某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质。磁体——具有磁性的物体。磁体分为天然磁体和人造磁体磁极——磁体两端磁性最强的部分。指北的磁极称北极（N）指南的磁极称南极（S）磁体及其性质N极和S极总是成对出现磁体及其性质任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极，也就是说，同名磁极相互排斥，异名磁极互相吸引。磁体及其性质磁场与磁感线磁场——在磁体周围的空间中存在的一种特殊物质。磁场的特点：(1).看不见、摸不着；(2).它是确实存在的；(3).可以根据它对其他物体的作用来认识它。磁场与磁感线磁感线——磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是放在该点的磁针N极所指的方向。磁场与磁感线磁感线的方向：在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。其疏密程度表示磁场的强弱。任意两条磁感线不相交。磁场与磁感线磁场与磁感线

均匀磁场——在磁场的某一区域里，磁感线是一些方向相同分布均匀的平行直线。地磁场示意图丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现，揭开了物理学史上的一个新纪元。电流的磁场电流的磁场电流的磁效应——电流产生磁场的现象。通电直导线产生的磁场磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上通电直导线的磁场右手螺旋定則：假设右手握住导线，而大拇指的指向就是电流方向，

那么，弯曲的四指指着的就是磁感线的环绕方向。电流方向磁场方向通电螺线管的磁场螺线管：一捆长线圈，由多匝导线圈组成I通过螺线管時，每一圈所起的作用就像一個扁平线圈一樣。螺线管的磁场就是所有线圈合成的磁场。IINS假设右手握住螺线管，而弯曲的手指指向电流方向，

拇指指向的就是螺线管的北极。

螺线管的右手定則：螺线管的磁场利用安培定则判定如下螺线管的两极实践活动试提问NNS磁场的应用磁悬浮列车基本原理磁极的同性相斥和异性相吸车身磁场和路面磁场产生浮力使车身悬浮车身磁场与推进磁场产生直线作用力，使车身前进电磁铁的应用a 电铃与蜂鸣器b 电话敲响返回电铃作用原理：电磁铁铃铛接触断路器铃锤1.电流流过2. 拉动铃锤

敲响铃铛电磁铁产生磁性当按下按钮3.「断路器」的触点脱开

切断电流4.铃锤弹回原位

触点重新接合5.电磁铁再次通电

以上过程不断重复表征磁场的物理量思考：

地球有磁场，那么哪个地方磁场最强呢？磁铁也有磁场，电流也会产生磁场，哪个磁场大？磁场的大小与那些参数有关呢？磁感应强度磁场对通电导线的作用力可能和哪些因素有关呢？电流大小导体长度采用什么方法研究呢？猜测：问题：控制变量法磁感应强度演示实验：实验图：NSA实验现象：当L一定,电流I增大时，F也增大。实验1：L不变，研究F与I的关系精确实验表明：L不变，IF实验2：I不变，研究F与L的关系F

L实验现象：当I

一定，通电导线L增大时,F也增大。精确实验表明：I不变，实验现象：逻辑推理：F

LF

IF

IL

精确实验表明，电流在磁场中所受电磁力的大小，既与导线长度L成正比，又与电流I成正比，即与I

和L得乘积成正比。比值叫做磁感应强度。用B表示。而且：比值是一个常量FIL因为仰慕爱迪生，1884年特斯拉被巴切勒推荐到美国加入爱迪生的公司。特斯拉提出采用交流电系统来代替爱迪生的直流电，遭到爱迪生的强烈反对。1880年，特斯拉发明了世界上第一台交流电发电机。1889年，特斯拉在美国哥伦比亚，实现了从科罗拉多斯普林斯至纽约的高压输电实验。

1956年是特斯拉诞生100周年，国际电气技术协会决定，把国际单位制中磁感应强度的单位命名为特斯拉，简称“特”,符号“T．需要注意：（1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场自身决定的，与磁场的中有无电流无关，跟磁场中导线是否受力无关。（2）B的大小表示磁场的强弱。

B的方向是该点的磁场方向（既小磁针N极在磁场中的受力的方向）（3）反映了磁场力的的性质的物理量（B的物理意义）。

匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场．（1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场．（2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线．在同一个磁场的磁感线分布图上,磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大．磁通

磁通——设在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通，用Φ表示。Φ=BS磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。磁通如果磁场不与所讨论的平面垂直，则应以这个平面在垂直于磁场B的方向的投影面积S’与B的乘积来表示磁通。磁通

当面积一定时，如果通过该面积的磁感线越多，则磁通越大，磁感越强。 从φ=BS，可得这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通，所以磁感应强度又称磁通密度，并且用Wb/m2作单位。磁导率磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。其单位为H/m（亨/米）。真空磁导率μ0：实验测得，真空的磁导率磁导率相对磁导率——任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值，用μr表示，即磁介质的分类顺磁物质空气、铝、锰、铬、铂等反磁物质铜、氢、汞、硫等铁磁物质铁、镍、钴、硅钢等磁性材料分类磁性物质的磁化示意图(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。磁性物质的磁化

磁化磁畴退磁磁性物质的磁化

磁化——使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。不带磁性的铁片铁片被磁化磁性物质的磁化

铁磁材料的分类硬磁材料：不易磁化不易退磁软磁材料：容易磁化容易退磁矩磁材料：很易磁化很难退磁磁性物质的磁化应用磁性纪录器件1.磁头和磁带磁头由三个基本部分组成：环形铁心、线圈和工作气隙。此外还装有金属外壳，起磁屏蔽作用。磁性物质的磁化应用声音的录入：声音信号电流经放大后，输入到磁带磁头线圈中，磁头紧贴磁带移动，经过磁头工作气隙的磁带就被磁化，声音信号就被纪录了下来。声音的播放：与录入相反，放音磁头紧贴磁带移动，产生感应电流，在经过放大后送给扬声器，便可看到重放的声音。磁性物质的磁化应用2.磁卡银行的信用卡表面的黑色磁条上纪录着银行代码、户头编号、密码等数据，这些都是利用电磁感应方法写进去的。实际进行磁化时，是用磁性的有与无表示二进制的0和1。磁性的有无表示二进制的0和1磁性物质的磁化应用在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。4电磁感应电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？英国科学家用实验来回答了这个问题。利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。条形磁铁插入和拔出线圈时产生感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。在线圈回路中产生感应电动势和感应电流的原因是由于磁铁的插入和拔出导致线圈中磁通发生了变化。

楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向上的关系，即：感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。楞次定律感应电动势及方向判断1．感应电流产生的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．其中“磁通量的变化”可能是：①导体所围面积的变化；②磁场与导体相对位置的变化；③磁场本身强弱的变化。

若电路不闭合，就不会产生感应电流，但电路中仍有感应电动势．感应电动势与磁通变化率的关系

线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。单匝线圈产生的感应电动势的大小：

N匝线圈产生感应电动势的大小：金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应现象010203040GSN

右手定则：I感BV伸开右手，拇指与四指垂直且与手掌在同一平面内手心对着磁感线来的方向大姆指是切割方向（运动方向）四指是感应电流的方向直导体在磁场中运动产生的感应电动势

导线的切割方向与磁场方向垂直成:设长为L的导体ab，在磁感强度为B的匀强磁场中以速度v向右匀速运动，导体产生的感应电动势如果导体运动方向不与磁感线方向垂直，则导体中的感应电动势为：e=Blvsinα发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，实际应用中，将导线做成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流。正弦交流电的产生实际应用发动机应用例题如下图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长度为l的直导体AB，可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度v向左匀速运动时，试确定导体中感应电动势的方向和大小。解：（1）导体向左运动时，导电回路中磁通将增加，根据楞次定律判断，导体中感应电动势的方向是B端为正，A端为负。用右手定则判断，结果相同。（2）设导体在时间内左移距离为d则导电回路中磁通的变化量为所以感应电动势自感与互感

一、自感现象合上开关，HL2比HL1亮的慢实验现象：分析：由于线圈L自身的磁通量增加，而产生了感应电动势，这个感应电动势的作用是阻碍磁通量的增加，即原来所加电压相反，阻碍线圈中电流的增加，故通过与线圈串联的灯泡的电流不能立即增大到最大值，它的亮度只能慢慢增加．断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭实验现象：分析：断开开关，L的电流突然减小，穿过L的磁通也迅速减小，L中产生一个很强的感应电动势，以阻碍电流的减小。L与灯在电源被切断后，由并联变成串联回路。L中瞬间产生较强的感应电动势，使该回路中瞬间通过较大的感应电流，所以灯泡突然善良。

当线圈中的电流发生变化时，就会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。

自感——这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。

自感电动势——自感现象中产生的感应电动势，用eL表示，自感电流用iL表示。自感电流产生的磁通称为自感磁通自感系数（简称电感）在数值上等于一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通。用表示

为线圈匝数为每一个匝线圈的自感磁通的单位是亨利，简称亨，用表示。常用单位毫亨（）微亨（）

二、自感系数与自感电动势线圈的电感是由线圈自身的特征决定的：（1）线圈越长，电感越大（2）单位长度上的匝数越多，电感越大（3）截面积越大，电感越大（4）有铁心的比空心的电感大自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，也遵循法拉第电磁感应定律。把

代入可得自感电动势大小的计算公式：

三、互感现象和互感电动势当线圈2中的电流变化，引起线圈1

的磁通量变化，线圈1中产生感应电动势，这种现象称为互感现象。该电动势叫互感电动势。I2I1Φ12Φ21

当线圈中的电流发生变化时，使得穿过邻近线圈的磁通量也要发生变化，邻近线圈