第二章-磁場與電磁感應(yīng)課件

第二章

磁場與電磁感應(yīng)磁場與電磁感應(yīng)1磁場及其基本物理量2電磁感應(yīng)定律

3自感與互感磁體及其性質(zhì)磁性——某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)。磁體——具有磁性的物體。磁體分為天然磁體和人造磁體磁極——磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分。指北的磁極稱北極（N）指南的磁極稱南極（S）磁體及其性質(zhì)N極和S極總是成對出現(xiàn)磁體及其性質(zhì)任何磁體都具有兩個(gè)磁極，而且無論把磁體怎樣分割總保持有兩個(gè)異性磁極，也就是說，同名磁極相互排斥，異名磁極互相吸引。磁體及其性質(zhì)磁場與磁感線磁場——在磁體周圍的空間中存在的一種特殊物質(zhì)。磁場的特點(diǎn)：(1).看不見、摸不著；(2).它是確實(shí)存在的；(3).可以根據(jù)它對其他物體的作用來認(rèn)識它。磁場與磁感線磁感線——磁場中畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，也就是放在該點(diǎn)的磁針N極所指的方向。磁場與磁感線磁感線的方向：在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。其疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱。任意兩條磁感線不相交。磁場與磁感線磁場與磁感線

均勻磁場——在磁場的某一區(qū)域里，磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線。地磁場示意圖丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，是科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)，揭開了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元。電流的磁場電流的磁場電流的磁效應(yīng)——電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象。通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場磁感線為以導(dǎo)線上的各點(diǎn)為圓心的同心圓，且在跟導(dǎo)線垂直的平面上通電直導(dǎo)線的磁場右手螺旋定則：假設(shè)右手握住導(dǎo)線，而大拇指的指向就是電流方向，

那么，彎曲的四指指著的就是磁感線的環(huán)繞方向。電流方向磁場方向通電螺線管的磁場螺線管：一捆長線圈，由多匝導(dǎo)線圈組成I通過螺線管時(shí)，每一圈所起的作用就像一個(gè)扁平線圈一樣。螺線管的磁場就是所有線圈合成的磁場。IINS假設(shè)右手握住螺線管，而彎曲的手指指向電流方向，

拇指指向的就是螺線管的北極。

螺線管的右手定則：螺線管的磁場利用安培定則判定如下螺線管的兩極實(shí)踐活動(dòng)試提問NNS磁場的應(yīng)用磁懸浮列車基本原理磁極的同性相斥和異性相吸車身磁場和路面磁場產(chǎn)生浮力使車身懸浮車身磁場與推進(jìn)磁場產(chǎn)生直線作用力，使車身前進(jìn)電磁鐵的應(yīng)用a 電鈴與蜂鳴器b 電話敲響返回電鈴作用原理：電磁鐵鈴鐺接觸斷路器鈴錘1.電流流過2. 拉動(dòng)鈴錘

敲響鈴鐺電磁鐵產(chǎn)生磁性當(dāng)按下按鈕3.「斷路器」的觸點(diǎn)脫開

切斷電流4.鈴錘彈回原位

觸點(diǎn)重新接合5.電磁鐵再次通電

以上過程不斷重復(fù)表征磁場的物理量思考：

地球有磁場，那么哪個(gè)地方磁場最強(qiáng)呢？磁鐵也有磁場，電流也會產(chǎn)生磁場，哪個(gè)磁場大？磁場的大小與那些參數(shù)有關(guān)呢？磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場對通電導(dǎo)線的作用力可能和哪些因素有關(guān)呢？電流大小導(dǎo)體長度采用什么方法研究呢？猜測：問題：控制變量法磁感應(yīng)強(qiáng)度演示實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)圖：NSA實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)L一定,電流I增大時(shí)，F(xiàn)也增大。實(shí)驗(yàn)1：L不變，研究F與I的關(guān)系精確實(shí)驗(yàn)表明：L不變，IF實(shí)驗(yàn)2：I不變，研究F與L的關(guān)系F

L實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)I

一定，通電導(dǎo)線L增大時(shí),F也增大。精確實(shí)驗(yàn)表明：I不變，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：邏輯推理：F

LF

IF

IL

精確實(shí)驗(yàn)表明，電流在磁場中所受電磁力的大小，既與導(dǎo)線長度L成正比，又與電流I成正比，即與I

和L得乘積成正比。比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度。用B表示。而且：比值是一個(gè)常量FIL因?yàn)檠瞿綈鄣仙?884年特斯拉被巴切勒推薦到美國加入愛迪生的公司。特斯拉提出采用交流電系統(tǒng)來代替愛迪生的直流電，遭到愛迪生的強(qiáng)烈反對。1880年，特斯拉發(fā)明了世界上第一臺交流電發(fā)電機(jī)。1889年，特斯拉在美國哥倫比亞，實(shí)現(xiàn)了從科羅拉多斯普林斯至紐約的高壓輸電實(shí)驗(yàn)。

1956年是特斯拉誕生100周年，國際電氣技術(shù)協(xié)會決定，把國際單位制中磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位命名為特斯拉，簡稱“特”,符號“T．需要注意：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場本身特性的物理量，是由磁場自身決定的，與磁場的中有無電流無關(guān)，跟磁場中導(dǎo)線是否受力無關(guān)。（2）B的大小表示磁場的強(qiáng)弱。

B的方向是該點(diǎn)的磁場方向（既小磁針N極在磁場中的受力的方向）（3）反映了磁場力的的性質(zhì)的物理量（B的物理意義）。

勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同的磁場．（1）勻強(qiáng)磁場的實(shí)例：相距很近的兩平行的異名磁極間的磁場；通電的長直螺線管內(nèi)部（邊緣部分除外）的磁場．（2）勻強(qiáng)磁場的磁感線分布是一組等間隔的平行線．在同一個(gè)磁場的磁感線分布圖上,磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，磁感線越密的地方表示磁感強(qiáng)度越大．磁通

磁通——設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積定義為穿過這個(gè)面積的磁通量，簡稱磁通，用Φ表示。Φ=BS磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。磁通如果磁場不與所討論的平面垂直，則應(yīng)以這個(gè)平面在垂直于磁場B的方向的投影面積S’與B的乘積來表示磁通。磁通

當(dāng)面積一定時(shí)，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強(qiáng)。 從φ=BS，可得這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ是表示磁場空間媒質(zhì)磁性質(zhì)的物理量，是物質(zhì)導(dǎo)磁能力的標(biāo)志量。其單位為H/m（亨/米）。真空磁導(dǎo)率μ0：實(shí)驗(yàn)測得，真空的磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率——任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值，用μr表示，即磁介質(zhì)的分類順磁物質(zhì)空氣、鋁、錳、鉻、鉑等反磁物質(zhì)銅、氫、汞、硫等鐵磁物質(zhì)鐵、鎳、鈷、硅鋼等磁性材料分類磁性物質(zhì)的磁化示意圖(a)無外場，磁疇排列雜亂無章。(b)在外場作用下，磁疇排列逐漸進(jìn)入有序化。磁性物質(zhì)的磁化

磁化磁疇退磁磁性物質(zhì)的磁化

磁化——使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程。不帶磁性的鐵片鐵片被磁化磁性物質(zhì)的磁化

鐵磁材料的分類硬磁材料：不易磁化不易退磁軟磁材料：容易磁化容易退磁矩磁材料：很易磁化很難退磁磁性物質(zhì)的磁化應(yīng)用磁性紀(jì)錄器件1.磁頭和磁帶磁頭由三個(gè)基本部分組成：環(huán)形鐵心、線圈和工作氣隙。此外還裝有金屬外殼，起磁屏蔽作用。磁性物質(zhì)的磁化應(yīng)用聲音的錄入：聲音信號電流經(jīng)放大后，輸入到磁帶磁頭線圈中，磁頭緊貼磁帶移動(dòng)，經(jīng)過磁頭工作氣隙的磁帶就被磁化，聲音信號就被紀(jì)錄了下來。聲音的播放：與錄入相反，放音磁頭緊貼磁帶移動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，在經(jīng)過放大后送給揚(yáng)聲器，便可看到重放的聲音。磁性物質(zhì)的磁化應(yīng)用2.磁卡銀行的信用卡表面的黑色磁條上紀(jì)錄著銀行代碼、戶頭編號、密碼等數(shù)據(jù)，這些都是利用電磁感應(yīng)方法寫進(jìn)去的。實(shí)際進(jìn)行磁化時(shí)，是用磁性的有與無表示二進(jìn)制的0和1。磁性的有無表示二進(jìn)制的0和1磁性物質(zhì)的磁化應(yīng)用在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105度的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開，同時(shí)帶動(dòng)電源開關(guān)被斷開，停止加熱。4電磁感應(yīng)電流能產(chǎn)生磁場，那么磁場能否產(chǎn)生電流呢？英國科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)來回答了這個(gè)問題。利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。條形磁鐵插入和拔出線圈時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢。在線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的原因是由于磁鐵的插入和拔出導(dǎo)致線圈中磁通發(fā)生了變化。

楞次定律指出了磁通的變化與感應(yīng)電動(dòng)勢在方向上的關(guān)系，即：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。楞次定律感應(yīng)電動(dòng)勢及方向判斷1．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．其中“磁通量的變化”可能是：①導(dǎo)體所圍面積的變化；②磁場與導(dǎo)體相對位置的變化；③磁場本身強(qiáng)弱的變化。

若電路不閉合，就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，但電路中仍有感應(yīng)電動(dòng)勢．感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通變化率的關(guān)系

線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大?。?/p>

N匝線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的大小：金屬棒在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象010203040GSN

右手定則：I感BV伸開右手，拇指與四指垂直且與手掌在同一平面內(nèi)手心對著磁感線來的方向大姆指是切割方向（運(yùn)動(dòng)方向）四指是感應(yīng)電流的方向直導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢

導(dǎo)線的切割方向與磁場方向垂直成:設(shè)長為L的導(dǎo)體ab，在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢如果導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向不與磁感線方向垂直，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為：e=Blvsinα發(fā)電機(jī)就是應(yīng)用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理發(fā)電的，實(shí)際應(yīng)用中，將導(dǎo)線做成線圈，使其在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而得到連續(xù)的電流。正弦交流電的產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用例題如下圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一長度為l的直導(dǎo)體AB，可沿平行導(dǎo)電軌道滑動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)體以速度v向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試確定導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向和大小。解：（1）導(dǎo)體向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電回路中磁通將增加，根據(jù)楞次定律判斷，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向是B端為正，A端為負(fù)。用右手定則判斷，結(jié)果相同。（2）設(shè)導(dǎo)體在時(shí)間內(nèi)左移距離為d則導(dǎo)電回路中磁通的變化量為所以感應(yīng)電動(dòng)勢自感與互感

一、自感現(xiàn)象合上開關(guān)，HL2比HL1亮的慢實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析：由于線圈L自身的磁通量增加，而產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢的作用是阻礙磁通量的增加，即原來所加電壓相反，阻礙線圈中電流的增加，故通過與線圈串聯(lián)的燈泡的電流不能立即增大到最大值，它的亮度只能慢慢增加．?dāng)嚅_開關(guān)，燈泡閃亮一下才熄滅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析：斷開開關(guān)，L的電流突然減小，穿過L的磁通也迅速減小，L中產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的感應(yīng)電動(dòng)勢，以阻礙電流的減小。L與燈在電源被切斷后，由并聯(lián)變成串聯(lián)回路。L中瞬間產(chǎn)生較強(qiáng)的感應(yīng)電動(dòng)勢，使該回路中瞬間通過較大的感應(yīng)電流，所以燈泡突然善良。

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，就會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。

自感——這種由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。

自感電動(dòng)勢——自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，用eL表示，自感電流用iL表示。自感電流產(chǎn)生的磁通稱為自感磁通自感系數(shù)（簡稱電感）在數(shù)值上等于一個(gè)線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁通。用表示

為線圈匝數(shù)為每一個(gè)匝線圈的自感磁通的單位是亨利，簡稱亨，用表示。常用單位毫亨（）微亨（）

二、自感系數(shù)與自感電動(dòng)勢線圈的電感是由線圈自身的特征決定的：（1）線圈越長，電感越大（2）單位長度上的匝數(shù)越多，電感越大（3）截面積越大，電感越大（4）有鐵心的比空心的電感大自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種特殊情況，也遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。把

代入可得自感電動(dòng)勢大小的計(jì)算公式：

三、互感現(xiàn)象和互感電動(dòng)勢當(dāng)線圈2中的電流變化，引起線圈1

的磁通量變化，線圈1中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。該電動(dòng)勢叫互感電動(dòng)勢。I2I1Φ12Φ21

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，使得穿過鄰近線圈的磁通量也要發(fā)生變化，鄰近線圈