第二章-磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)課件

第二章

磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)1磁場(chǎng)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(chēng)北極（N）指南的磁極稱(chēng)南極（S）磁體及其性質(zhì)N極和S極總是成對(duì)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(wú)論把磁體怎樣分割總保持有兩個(gè)異性磁極，也就是說(shuō)，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(chǎng)與磁感線磁場(chǎng)——在磁體周?chē)目臻g中存在的一種特殊物質(zhì)。磁場(chǎng)的特點(diǎn)：(1).看不見(jiàn)、摸不著；(2).它是確實(shí)存在的；(3).可以根據(jù)它對(duì)其他物體的作用來(lái)認(rèn)識(shí)它。磁場(chǎng)與磁感線磁感線——磁場(chǎng)中畫(huà)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(chǎng)方向，也就是放在該點(diǎn)的磁針N極所指的方向。磁場(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)弱。任意兩條磁感線不相交。磁場(chǎng)與磁感線磁場(chǎng)與磁感線

均勻磁場(chǎng)——在磁場(chǎng)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(chǎng)示意圖丹麥物理學(xué)家?jiàn)W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(kāi)了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元。電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng)電流的磁效應(yīng)——電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象。通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向通電螺線管的磁場(chǎng)螺線管：一捆長(zhǎng)線圈，由多匝導(dǎo)線圈組成I通過(guò)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(chǎng)就是所有線圈合成的磁場(chǎng)。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(chǎng)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(wèn)NNS磁場(chǎng)的應(yīng)用磁懸浮列車(chē)基本原理磁極的同性相斥和異性相吸車(chē)身磁場(chǎng)和路面磁場(chǎng)產(chǎn)生浮力使車(chē)身懸浮車(chē)身磁場(chǎng)與推進(jìn)磁場(chǎng)產(chǎn)生直線作用力，使車(chē)身前進(jìn)電磁鐵的應(yīng)用a 電鈴與蜂鳴器b 電話(huà)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(guò)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(kāi)

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(guò)程不斷重復(fù)表征磁場(chǎng)的物理量思考：

地球有磁場(chǎng)，那么哪個(gè)地方磁場(chǎng)最強(qiáng)呢？磁鐵也有磁場(chǎng)，電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，哪個(gè)磁場(chǎng)大？磁場(chǎng)的大小與那些參數(shù)有關(guān)呢？磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)對(duì)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(zhǎng)度采用什么方法研究呢？猜測(cè)：?jiǎn)栴}：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(chǎng)中所受電磁力的大小，既與導(dǎo)線長(zhǎng)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?ài)迪生，1884年特斯拉被巴切勒推薦到美國(guó)加入愛(ài)迪生的公司。特斯拉提出采用交流電系統(tǒng)來(lái)代替愛(ài)迪生的直流電，遭到愛(ài)迪生的強(qiáng)烈反對(duì)。1880年，特斯拉發(fā)明了世界上第一臺(tái)交流電發(fā)電機(jī)。1889年，特斯拉在美國(guó)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(guó)際電氣技術(shù)協(xié)會(huì)決定，把國(guó)際單位制中磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位命名為特斯拉，簡(jiǎn)稱(chēng)“特”,符號(hào)“T．需要注意：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)本身特性的物理量，是由磁場(chǎng)自身決定的，與磁場(chǎng)的中有無(wú)電流無(wú)關(guān)，跟磁場(chǎng)中導(dǎo)線是否受力無(wú)關(guān)。（2）B的大小表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。

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

勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同的磁場(chǎng)．（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的實(shí)例：相距很近的兩平行的異名磁極間的磁場(chǎng)；通電的長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部（邊緣部分除外）的磁場(chǎng)．（2）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線分布是一組等間隔的平行線．在同一個(gè)磁場(chǎng)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(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)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(guò)這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用Φ表示。Φ=BS磁通的單位是韋伯（Wb），簡(jiǎn)稱(chēng)韋。磁通如果磁場(chǎng)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(chǎng)B的方向的投影面積S’與B的乘積來(lái)表示磁通。磁通

當(dāng)面積一定時(shí)，如果通過(guò)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(guò)單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱(chēng)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(chǎng)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(cè)得，真空的磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率相對(duì)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(lèi)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(lèi)磁性物質(zhì)的磁化示意圖(a)無(wú)外場(chǎng)，磁疇排列雜亂無(wú)章。(b)在外場(chǎng)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(lái)沒(méi)有磁性的物質(zhì)具有磁性的過(guò)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(lèi)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(hào)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(guò)磁頭工作氣隙的磁帶就被磁化，聲音信號(hào)就被紀(jì)錄了下來(lái)。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(guò)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(hù)頭編號(hào)、密碼等數(shù)據(jù)，這些都是利用電磁感應(yīng)方法寫(xiě)進(jìn)去的。實(shí)際進(jìn)行磁化時(shí)，是用磁性的有與無(wú)表示二進(jìn)制的0和1。磁性的有無(wú)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(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì)把它們分開(kāi)，同時(shí)帶動(dòng)電源開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，停止加熱。4電磁感應(yīng)電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流呢？英國(guó)科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)來(lái)回答了這個(gè)問(wèn)題。利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱(chēng)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(shì)稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shì)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(shì)及方向判斷1．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)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(chǎng)與導(dǎo)體相對(duì)位置的變化；③磁場(chǎng)本身強(qiáng)弱的變化。

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

線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shì)的大?。?/p>

N匝線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。航饘侔粼诖艌?chǎng)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(kāi)右手，拇指與四指垂直且與手掌在同一平面內(nèi)手心對(duì)著磁感線來(lái)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

導(dǎo)線的切割方向與磁場(chǎng)方向垂直成:設(shè)長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體ab，在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shì)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(shì)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(shì)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(chǎng)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(chǎng)中，有一長(zhǎng)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(shì)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(shì)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(shì)自感與互感

一、自感現(xiàn)象合上開(kāi)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(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙磁通量的增加，即原來(lái)所加電壓相反，阻礙線圈中電流的增加，故通過(guò)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_(kāi)開(kāi)關(guān)，燈泡閃亮一下才熄滅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析：斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，L的電流突然減小，穿過(guò)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(shì)，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(shì)，使該回路中瞬間通過(guò)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中原來(lái)電流的變化。

自感——這種由于流過(guò)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(chēng)為自感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)自感。

自感電動(dòng)勢(shì)——自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用eL表示，自感電流用iL表示。自感電流產(chǎn)生的磁通稱(chēng)為自感磁通自感系數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)電感）在數(shù)值上等于一個(gè)線圈中通過(guò)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(jiǎn)稱(chēng)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(shì)線圈的電感是由線圈自身的特征決定的：（1）線圈越長(zhǎng)，電感越大（2）單位長(zhǎng)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(shì)大小的計(jì)算公式：

三、互感現(xiàn)象和互感電動(dòng)勢(shì)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(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為互感現(xiàn)象。該電動(dòng)勢(shì)叫互感電動(dòng)勢(shì)。I2I1Φ12Φ21

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