第二章 磁场与电磁感应ppt课件.ppt

磁场及其基本物理量磁场及其基本物理量21电磁感应定律电磁感应定律22自感与互感自感与互感2321磁场及其基本物理量一、磁体及其性质某些物体能够吸引铁、镍、钴等金属或它们的合金的性质称为磁性。具有某些物体能够吸引铁、镍、钴等金属或它们的合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁体磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁体有条形磁体、蹄形体和磁针等，如图所示。有条形磁体、蹄形体和磁针等，如图所示。 常见人造磁体a）条形磁体b）蹄形磁体c）磁针磁体两端磁性最强的部分称为磁极。磁体两端磁性最强的部分称为磁极。与电荷间的相互作用力相似，当两个磁极靠近时，它们之间也会产生相互与电荷间的相互作用力相似，当两个磁极靠近时，它们之间也会产生相互作用的力，其具体规律是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。作用的力，其具体规律是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁极都是成对出现的二、磁场与磁感线1. 磁场磁场两个磁极互不接触，却存在相互作用的力，这是为什么呢？原来在磁体周两个磁极互不接触，却存在相互作用的力，这是为什么呢？原来在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质围的空间中存在着一种特殊的物质磁场，磁极之间的作用力就是通过磁场磁场，磁极之间的作用力就是通过磁场进行传递的。进行传递的。用铁屑模拟磁场分布2. 磁感线磁感线磁场的分布常用磁感线来描述，如图所示。磁场的分布常用磁感线来描述，如图所示。磁感线a）条形磁体的磁感线b）蹄形磁体的磁感线所谓磁感线，就是为形象地描述磁场的强弱和方向而在磁场中画出的一些所谓磁感线，就是为形象地描述磁场的强弱和方向而在磁场中画出的一些有方向的假想曲线。有方向的假想曲线。磁感线的方向定义为：在磁体外部由磁感线的方向定义为：在磁体外部由 N 极指向极指向 S 极，在磁体内部由极，在磁体内部由 S 极极指向指向 N 极。磁感线是闭合曲线。极。磁感线是闭合曲线。在磁场的某一区域里，如果磁感线是一些方向相同、分布均匀的平行直线，在磁场的某一区域里，如果磁感线是一些方向相同、分布均匀的平行直线，这一区域和磁场称为均匀磁场。这一区域和磁场称为均匀磁场。均匀磁场 磁感线方向与磁场方向三、电流的磁场不仅磁体能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。不仅磁体能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。电流所产生磁场的方向可用右手螺旋定则（也称安培定则）来判断。电流所产生磁场的方向可用右手螺旋定则（也称安培定则）来判断。通电直导线的磁效应通电线圈的磁效应1. 通电直导线产生的磁场通电直导线产生的磁场如图如图 a 所示，用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向所示，用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁场的方向。一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁场的方向。2. 通电螺线管产生的磁场通电螺线管产生的磁场如图如图 b 所示，用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的所示，用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向，也就是通电螺线方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向，也就是通电螺线管的磁场管的磁场 N极的方向。极的方向。电流的磁场a）直线电流的磁场b）环形电流的磁场四、表征磁场的物理量1. 磁感应强度磁感应强度磁体在磁场中会受到力的作用，电流能产生磁场，它相当于一个磁体，如磁体在磁场中会受到力的作用，电流能产生磁场，它相当于一个磁体，如果把这个磁体放到另一个磁场中，它一定会受到力的作用。果把这个磁体放到另一个磁场中，它一定会受到力的作用。磁场对通电导体作用的实验实验结果表明，电流在磁场中所受电磁力的大小实验结果表明，电流在磁场中所受电磁力的大小 F，既与导线长度，既与导线长度 l 成正成正比，又与电流比，又与电流 I 成正比，即与成正比，即与 I 和和 l 的乘积的乘积 Il 成正比。成正比。在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力 F 与电流与电流 I 和导线长和导线长度度 l 的乘积的乘积 Il 的比值称为该处的磁感应强度，用的比值称为该处的磁感应强度，用 B 表示，即表示，即式中式中B磁感应强度，磁感应强度，T； F通电导体受到的电磁力，通电导体受到的电磁力，N； I导体中的电流，导体中的电流，A； l导体在磁场中的有效长度，即在磁感线垂直方向上的投影长度，导体在磁场中的有效长度，即在磁感线垂直方向上的投影长度，m。磁感应强度的单位是特斯拉，简称特（磁感应强度的单位是特斯拉，简称特（T）。）。磁感应强度是个矢量，它的方向就是该点的磁场的方向。磁感应强度是个矢量，它的方向就是该点的磁场的方向。磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。在同一个磁场的磁感磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。在同一个磁场的磁感线分布图上，磁感线越密的地方，磁感应强度越大。线分布图上，磁感线越密的地方，磁感应强度越大。2. 磁通磁通设在磁感应强度为设在磁感应强度为 B 的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为为 S，如图所示，把，如图所示，把 B与与 S 的乘积定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通。的乘积定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用用 表示磁通，则有表示磁通，则有 = BS磁通的单位是韦伯（磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。），简称韦。从从 =BS，可以得到，可以得到 。这表示磁感应强度等于穿过单位面积的。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，单位为磁通，所以磁感应强度又称磁通密度，单位为 Wb/m2。均匀磁场通过与其垂直的平面3. 磁导率磁导率（1）概念）概念磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用 表示，其单位为表示，其单位为亨亨 / 米（米（H/m）。由实验测得真空中的磁导率）。由实验测得真空中的磁导率 0=410-7H/m，为一常，为一常数。数。为了比较媒介质对磁场的影响，把任一物质的磁导率与真空的磁导率的比为了比较媒介质对磁场的影响，把任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值称作相对磁导率，用值称作相对磁导率，用 r 表示，即表示，即（2）按照相对磁导率分类）按照相对磁导率分类其中，顺磁物质与反磁物质一般被称为非铁磁性材料。其中，顺磁物质与反磁物质一般被称为非铁磁性材料。物质按照相对磁导率的分类（3）磁化及应用）磁化及应用使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。当外磁场消失后，磁畴使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。当外磁场消失后，磁畴又呈杂乱无章状的现象称为退磁。又呈杂乱无章状的现象称为退磁。铁磁物质的磁化a）不显磁性的磁畴b）被磁化的磁畴铁磁材料的用途22电磁感应定律一、感应电流的产生及方向判断1. 电磁感应现象电磁感应现象手摇发电电筒的结构原理示意图1聚焦镜片2电筒壳体3灯泡（发光二极管） 4电路板5铜片开关6预留的电池仓7橡胶减振圈8线圈9强力磁铁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。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。产生感应电流的电动势称为感应电动势。产生感应电流的电动势称为感应电动势。电磁感应实验a）磁铁插入线圈b）磁铁拔出线圈2. 利用楞次定律判断感应电流方向利用楞次定律判断感应电流方向磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化，这是线圈回路中产生感磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化，这是线圈回路中产生感应电动势和感应电流的根本原因。应电动势和感应电流的根本原因。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。产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。二、感应电动势及方向判断1. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这就是法拉第电线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。磁感应定律。用用 表示时间间隔表示时间间隔 t 内一个单匝线圈中的磁通变化量，则一个单匝线内一个单匝线圈中的磁通变化量，则一个单匝线圈产生的感应电动势的大小为圈产生的感应电动势的大小为如果线圈有如果线圈有 N 匝，则感应电动势的大小为匝，则感应电动势的大小为2. 感应电动势的方向和大小感应电动势的方向和大小导体在磁场中切割磁感线时，如果其运动方向与磁感线方向有一夹角导体在磁场中切割磁感线时，如果其运动方向与磁感线方向有一夹角 （见图），则导体中的感应电动势为（见图），则导体中的感应电动势为e=Blvsin上式中上式中 l 为直导体长度，为直导体长度，v 为直导体速度。为直导体速度。导体切割磁感线产生感应电动势 右手定则判断感应电动势方向导体运动方向与磁感线方向夹角 23自感与互感自感实验电路a）合上开关，HL2 比 HL1 亮得慢b）断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭一、自感现象当线圈中的电流发生变化时，线圈中就会产生感应电动势，这个电动势总当线圈中的电流发生变化时，线圈中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。这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起是阻碍线圈中原来电流的变化。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。在自感现象中产生的感应电动势称的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用为自感电动势，用 eL 表示，自感电流用表示，自感电流用 iL 表示。表示。二、自感系数与自感电动势1. 自感系数自感系数为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称自感，也称为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称自感，也称电感）这一物理量，用电感）这一物理量，用 L 表示，它在数值上等于线圈中通过单位电流所产生的表示，它在数值上等于线圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即自感磁通。即式中式中N线圈的匝数；线圈的匝数； 每一匝线圈的自感磁通，每一匝线圈的自感磁通，Wb。L 的单位是亨利，用的单位是亨利，用 H 表示。常采用较小的单位毫亨（表示。常采用较小的单位毫亨（mH）和微亨）和微亨（H）。）。2. 自感电动势自感电动势自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，它同样遵从法拉第电磁感应定自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，它同样遵从法拉第电磁感应定律。将律。将N=LI 代入代入 eL= ，可得自感电动势大小的计算式为，可得自感电动势大小的计算式为三、互感现象和互感电动势由一个线圈中的电流发生变化而使另一线圈中产生电磁感应的现象称为互由一个线圈中的电流发生变化而使另一线圈中产生电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用 eM 表示。表示。式中，式中，M 称为互感系数，其单位和自感系数相同，也是亨（称为互感系数，其单位和自感系数相同，也是亨（H）。）。 两个线圈间的互感四、互感线圈的同名端分析如图所示互感线圈，判断在开关分析如图所示互感线圈，判断在开关 SA 闭合瞬间各线圈感应电动势的极闭合瞬间各线圈感应电动势的极性。性。由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子，称为线由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子，称为线圈的同名端，用圈的同名端，用“”或或“*”表示。表示。互感线圈的同名端