第三章磁場及電磁感應演示文稿

第三章磁場及電磁感應演示文稿當前第1頁\共有36頁\編于星期六\15點優(yōu)選第三章磁場及電磁感應當前第2頁\共有36頁\編于星期六\15點

在公元11世紀，我國勞動人民在實踐中用天然磁鐵做成細長的小磁針，它有一頭總是指向南方，另一頭指向北方。人們利用它制成了可以確定南北方向的羅盤，如圖所示。羅盤中間懸掛著一根能自由轉動的小磁針(即指南針)。由于羅盤的發(fā)明，給航海指明了方向，推動了世界航海事業(yè)的迅猛發(fā)展。羅盤第一節(jié)?磁場當前第3頁\共有36頁\編于星期六\15點

一、磁場

1．磁體某些物體具有吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫磁性。具有磁性的物體叫磁體。磁體分為天然磁體和人造磁體。常見的條形磁鐵、馬蹄形磁鐵和針形磁鐵等都是人造磁體，如右圖所示。2．磁極磁體兩端磁性最強，磁性最強的地方叫磁極。任何磁體都有一對磁極，一個叫南極，用S表示；另一個叫北極，用N表示，如右圖所示。N極和S極總是成對出現(xiàn)并且強度相等，不存在獨立的N極和S極。常見人造磁鐵磁針的指向第一節(jié)?磁場當前第4頁\共有36頁\編于星期六\15點

當用一個條形磁鐵靠近一個懸掛的小磁針(或條形磁鐵)時，如圖所示。我們發(fā)現(xiàn)：當條形磁鐵的N極靠近小磁針的N極時，小磁針N極一端馬上被排斥；當條形磁鐵的N極靠近小磁針的S極時，小磁針S極一端立刻被條形磁鐵吸引。

說明磁極之間存在相互作用力，同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。磁極之間相互作用力第一節(jié)?磁場當前第5頁\共有36頁\編于星期六\15點3．磁場力是物質之間相互作用的結果。用手推門，門就會轉動打開，這是因為力直接作用于門。上述實驗中，磁極之間存在的作用力并沒有直接作用，到底是什么神密的物質使得它們之間有力的作用呢？這種神密的物質就是磁場。磁極之間相互作用的磁力就是通過磁場傳遞的。磁場是磁體周圍存在的特殊物質。磁極在自己周圍的空間里產生磁場，磁場對它里面的磁極有磁場力的作用。

4.磁場方向把小磁針放在磁場中的任一點，可以看到小磁針受磁場力的作用。靜止時它的兩極不再指向南北方向，而指向一個別的方向。在磁場中的不同點，小磁針靜止時指的方向一般并不相同。這個現(xiàn)象說明，磁場是有方向性的。一般規(guī)定，在磁場中某點放一個能自由轉動的小磁針，小磁針靜止時N極所指的方向，就是該點磁場的方向。第一節(jié)?磁場當前第6頁\共有36頁\編于星期六\15點

在磁場中可以利用磁感線（也稱為磁力線)來形象地表示各點的磁場方向。所謂磁感線，就是在磁場中畫出的一些曲線，曲線的疏密程度表示磁場的強弱；曲線上每一點的切線方向，都跟該點的磁場方向相同，如右圖所示。

若磁體周圍磁場的強弱相等、方向相同，我們把它定義勻強磁場，如右圖所示。磁感線及磁場方向

勻強磁場第一節(jié)?磁場當前第7頁\共有36頁\編于星期六\15點二、電流的磁場

1．電流的磁效應磁鐵并不是磁場的唯一來源。1820年，丹麥物理學家奧斯特做過下面的實驗：放在導線旁邊的小磁針，當導線通過電流時會受到力的作用而偏轉。這說明通電導體周圍存在磁場，即電流具有磁效應。磁場的強弱和通電導體的電流大小、距離遠近有關，電流越大，磁場越強；離導體越近，磁場越強。磁場的方向可以用安培定則（也稱為右手螺旋法則）來判斷。

2．安培定則通電導體周圍的磁場方向，即磁感線方向與電流的關系可以用安培定則來判斷。第一節(jié)?磁場當前第8頁\共有36頁\編于星期六\15點(1)直線電流的磁場直線電流的磁場的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導線垂直的平面上，如圖(a)所示。磁感線方向與電流的關系用安培定則判斷：用右手握住通電直導體，讓伸直的大拇指指向電流方向，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖(b)所示。(a)(b)直線電流的磁場

第一節(jié)?磁場當前第9頁\共有36頁\編于星期六\15點(2)通電螺線管的磁場通電螺線管表現(xiàn)出來的磁性類似條形磁鐵，一端相當于N極，另一端相當于S極。通電螺線管的磁場方向判斷方法是：用右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指指向電流方向，那么，大拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向，即大拇指指向通電螺線管的N極，如圖所示。通電螺線管的磁場第一節(jié)?磁場當前第10頁\共有36頁\編于星期六\15點

（3）環(huán)形電流的磁場如圖所示是環(huán)形電流的磁場。環(huán)形電流磁場的磁感線是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線。在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直。環(huán)形電流的方向跟它的磁感線方向之間的關系也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上的磁感線的方向。環(huán)形電流的磁場第一節(jié)?磁場當前第11頁\共有36頁\編于星期六\15點第二節(jié)磁路的物理量

一、磁通二、磁感應強度三、磁導率四、磁場強度五、磁路當前第12頁\共有36頁\編于星期六\15點

描述電路的物理量有電流、電壓、電位、電動勢、電能和電功率等。那么描述磁場的物理量又有哪些呢？一、磁通

磁感線的疏密定性地描述了磁場在空間的分布情況。磁通是定量地描述磁場在一定面積的分布情況的物理量。通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁感線的總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡稱磁通，用字母表示。磁通的國際單位制單位Wb（韋伯）。當面積一定時，通過該面積的磁通越大，磁場就越強。第二節(jié)?磁路的物理量當前第13頁\共有36頁\編于星期六\15點

二、磁感應強度磁感應強度是定量地描述磁場中各點的強弱和方向的物理量。與磁場方向垂直的單位面積的磁通，叫做磁感應強度，也稱磁通密度，用字母B表示。磁感應強度的國際單位制單位T（特斯拉）。在勻強磁場中，磁感應強度與磁通的關系可以用公式表示為

式中：

B——勻強磁場的磁感應強度，國際單位制單位T（特）

——與B垂直的某一截面積上的磁通，國際單位制單位Wb（韋伯）

S——與B垂直的某一截面面積，國際單位制單位㎡（平方米）第二節(jié)?磁路的物理量當前第14頁\共有36頁\編于星期六\15點

三、磁導率磁導率就是一個用來表示媒介質導磁性能的物理量，用字母表示，國際單位制單位H／m（亨每米）。不同的媒介質有不同的磁導率。實驗測定，真空的磁導率是一個常數(shù)，用表示，即為了便于比較各種物質的導磁性能，我們把任一物質的磁導率與真空磁導率比值稱為相對磁導率，用表示，即

相對磁導率只是一個比值，它表明在其他條件相同的情況下，媒介質的磁感應強度是真空中的多少倍。

第二節(jié)?磁路的物理量當前第15頁\共有36頁\編于星期六\15點

四、磁場強度磁場中各點的磁感應強度B與磁導率有關，計算比較復雜。為方便計算，引入磁場強度這個新的物理量來表示磁場的性質，用字母H表示。磁場中某點的磁場強度等于該點的磁感應強度B與媒介質的磁導率的比值，用公式表示為

或磁場強度的國際單位制單位A/m（安每米）。

第二節(jié)?磁路的物理量當前第16頁\共有36頁\編于星期六\15點

五、磁路

磁通所經過的路徑叫做磁路。為了使磁通集中在一定的路徑上來獲得較強的磁場，常常把鐵磁材料制成一定形狀的鐵心(鐵磁材料的磁導率高)，構成各種電器設備所需的磁路。如圖所示，其中（a）圖為無分支磁路，（b）圖為分支磁路。磁路第二節(jié)?磁路的物理量當前第17頁\共有36頁\編于星期六\15點

利用鐵磁材料可以盡可能地將磁通集中在磁路中，但是與電路比較，漏磁現(xiàn)象比漏電現(xiàn)象嚴重得多。全部在磁路內部閉合的磁通叫做主磁通。部分經過磁路周圍物質的閉合磁通叫做漏磁通。如選用電磁鐵、變壓器等鐵芯材料時應盡可能讓全部磁通通過鐵芯截面。在下圖中，當線圈中通以電流后，大部分磁通沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構成回路，這部分磁通就是主磁通。還有一小部分磁通，它們沒有經過工作氣隙和銜鐵，而經空氣自成回路，這部分磁通就是漏磁通。第二節(jié)?磁路的物理量當前第18頁\共有36頁\編于星期六\15點第三節(jié)?磁場對通電導體作用力

我們知道電流可以產生磁場，當我們把通電導體置于磁場中時，會有什么情況發(fā)生呢？如圖所示，把一根直導線AB垂直放入蹄形磁鐵的磁場中。當導體未通電流時，導體不會運動；如果接通電源，當電流從B流向A的時候，導線立即向磁鐵外側運動。若改變導體電流方向，則導體會向相反方向運動。我們把通電導體在磁場中所受的作用力稱為電磁力，也稱安培力。從本質上講，電磁力是磁場和通電導線周圍形成的磁場相互作用的結果。通電導體在磁場中運動當前第19頁\共有36頁\編于星期六\15點

實驗證明：在勻強磁場中，當通電導體與磁場方向垂直時，電磁力的大小與導體中電流大小成正比，與導體在磁場中的有效長度及載流導體所在的磁感應強度成正比，用公式表示為

F=BIL式中：F——導體受到的電磁力，國際單位制單位N(牛)

B——磁場中的磁感應強度，國際單位制單位T(特)

I——導體中的電流強度，國際單位制單位A(安)

L——導體在磁場中的有效長度，國際單位制單位m(米)實驗還證明：當導線和磁感線方向成角時，如下圖所示。電磁力的大小為F＝BILsinθ

第三節(jié)?磁場對通電導體的作用力當前第20頁\共有36頁\編于星期六\15點通電導體與磁場不垂直

通電導線在磁場中受到的電磁力的方向，可以用左手定則來判斷：伸出左手，讓大拇指與四指在同一平面內，大拇指與四指垂直，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，那么，大拇指所指的方向就是磁場對通電導線的作用力方向，如右圖所示。左手定則第三節(jié)?磁場對通電導體的作用力當前第21頁\共有36頁\編于星期六\15點※第四節(jié)鐵磁性物質一、鐵磁物質的磁化二、鐵磁材料分類當前第22頁\共有36頁\編于星期六\15點

生活中使用螺絲刀擰螺釘時，螺絲刀上的螺釘很容易掉下來。這時只需把螺絲刀放在磁鐵（如音箱揚聲器）上摩擦幾下就可以把螺絲吸起來。但是當拿磁鐵去吸銅鑰匙時，無論如何銅鑰匙根本就吸不起來，你知道產生這些現(xiàn)象的原因嗎？一、鐵磁物質的磁化

1.物質分類根據(jù)磁導率的大小不同，可將物質分成三類：略大于1的物質稱為順磁物質，如空氣、鋁、錫等；略小于l的物質稱為反磁物質，如氫、銅、石墨等；順磁物質和反磁物質統(tǒng)稱為非鐵磁物質。遠大于1的物質稱為鐵磁性物質，如鐵、鈷、鎳、硅鋼、鐵氧體等。

第四節(jié)?鐵磁性物質當前第23頁\共有36頁\編于星期六\15點2.鐵磁物質的磁化如果把一塊磁鐵從它的中央斷開，會得到兩塊新的永久磁鐵。如果再把這兩塊磁鐵鋸開，就得到四塊磁鐵。如果繼續(xù)這樣做，最后會得到極大數(shù)量的小磁鐵，原先的那塊磁鐵就是由它們構成的。因此，可以認為永久磁鐵是由大量的微小磁鐵所組成。一塊磁鐵是由極大數(shù)量的小磁鐵組成的。把這些小磁鐵稱為基本磁鐵，又稱磁疇。在正常的鐵中，那些磁疇雜亂無章地排列，磁疇間的磁性被抵消，對外部(整體)不呈現(xiàn)磁性，如圖(a)所示。如果把一塊鐵放人磁場中，那些基本磁鐵將被迫按相同方向排列，如圖(b)所示。這時，它們組合起來的磁性在它們周圍將很顯著，即鐵已經被磁化。

（a）（b）第四節(jié)?鐵磁性物質當前第24頁\共有36頁\編于星期六\15點

二、鐵磁材料分類

1.軟磁物質軟磁材料的特點是磁導率很大，易被磁化也易去磁。典型的軟磁材料有硅鋼片、鑄鐵、坡莫合金等。硅鋼片主要用來制作電動機和變壓器的鐵心，坡莫合金用來制造小型變壓器、高精度交流儀表(靈敏繼電器、磁放大器等)。

2.硬磁物質硬磁材料的特點是需要較強的外磁場的作用，才能使其磁化，而且不易退磁。其典型材料有鈷鋼、碳鋼等。因其剩磁強，不易退磁，常用來制造各種形狀的永久磁鐵。

3.矩磁物質磁材料的特點是只需很小的磁場就能使它迅速磁化，并達到最大值，去掉外磁場仍能保持原來的強度。矩磁材料主要用于制造計算機中存儲元件的環(huán)形磁心。

第四節(jié)?鐵磁性物質當前第25頁\共有36頁\編于星期六\15點※第五節(jié)電磁感應

一、電磁感應現(xiàn)象二、電磁感應定律當前第26頁\共有36頁\編于星期六\15點1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應以后，人們很自然地想到：既然電流能產生磁場，磁場能否產生電流呢?許多科學家開始不懈地探索。1831年，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了由磁場產生電流的條件和規(guī)律，即電磁感應現(xiàn)象。

導體切割磁感線

一、電磁感應現(xiàn)象如圖所示，在勻強磁場中放置一根導體AB，導體AB的兩端分別與靈敏電流計的接線柱連接形成閉合回路。當導線AB在磁場中做切割磁感線運動時。電流計指針偏轉，表明閉合回路有電流流過；當導線AB平行于磁感線方向運動時，電流計指針不偏轉，表明閉合回路沒有電流流過。※第五節(jié)?電磁感應當前第27頁\共有36頁\編于星期六\15點線圈磁通量發(fā)生變化

實驗證明：閉合回路中的一部分導體相對于磁場做切割磁感線運動時，回路中有電流流過。如圖所示，空心線圈的兩端分別與靈敏電流計的接線柱連接形成閉合回路。當用條形磁鐵快速插入線圈時，電流計指針偏轉，表明閉合回路有電流流過；當條形磁鐵靜止不動時，電流計指針不偏轉，表明閉合回路沒有電流流過；當條形磁鐵快速拔出線圈時，電流計指針偏轉，表明閉合回路有電流流過。※第五節(jié)?電磁感應當前第28頁\共有36頁\編于星期六\15點

實驗證明：閉合回路中的磁通發(fā)生變化時，回路中有電流流過。因此，不論是閉合回路的一部分導體做切割磁感線運動，還是閉合回路中的磁場發(fā)生變化，穿過線圈的磁通都發(fā)生變化。這樣，我們可以得出結論：不論用什么方法，只要穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化，閉合回路就有電流產生。這種利用磁場產生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應現(xiàn)象，用電磁感應的方法產生的電流叫做感應電流。

※第五節(jié)?電磁感應當前第29頁\共有36頁\編于星期六\15點

二、電磁感應定律

1.法拉第電磁感應定律要使閉合回路有電流流過，電路中必須有電源，電流是由電源電動勢產生的。在電磁感應現(xiàn)象中，既然閉合回路有感應電流，這個回路中就必然有電動勢存在。在電磁感應現(xiàn)象中產生的電動勢叫做感應電動勢。產生感應電動勢的那部分導體就相當于電源。只要知道感應電動勢的大小，感應電流就可以根據(jù)歐姆定律計算?！谖骞?jié)?電磁感應當前第30頁\共有36頁\編于星期六\15點

實驗證明：對于導體切割磁感線，導體中產生的感應電動勢與導體切割運動速度、磁感應強度、導體長度成正比。當導體運動方向與導體本身垂直，并且跟磁感線方向也垂直時，導體切割磁感線產生的感應電動勢大小為式中：——磁場磁感應強度，國際單位制單位T（特）

——導體長度，國際單位制單位m（米）

——導體運動速度；國際單位制單位m/s（米每秒）

——導體切割磁感線產生的感應電動勢，國際單位制單位V（伏）

※第五節(jié)?電磁感應當前第31頁\共有36頁\編于星期六\15點

在線圈中，感應電動勢的大小與磁通變化的快慢有關。磁通變化的快慢叫做磁通的變化率，即單位時間內磁通的變化量。法拉第電磁感應定律告訴我們：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通的變化率成正比。用公式表示為

如果線圈的匝數(shù)有N匝，那么，線圈的感應電動勢為※第五節(jié)?電磁感應當前第32頁\共有36頁\編于星期六\15點

2.楞次定律在做前面實驗時，我們發(fā)現(xiàn)當條形磁鐵快速插入或拔出線圈時，電流計指針的偏轉方向不同，說明在不同情況下感應電流的方向是不同的。怎樣確定感應電流的方向呢?

我們通過下面的實驗來研究楞次定律。把磁鐵迅速從線圈中插入或拔出，觀察電流表偏轉情況。通過實驗觀察，我們發(fā)現(xiàn)：當磁鐵插入線圈時，原磁通在增加，線圈所產生的感應電流的磁場方向總是與原磁場方向相反，即感應電流的磁場總是阻礙原磁通的增加。如圖（a)、(c)所示。當磁鐵拔出線圈時，原磁通