磁现象和磁感应强度.ppt

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1、第三章磁场第一节磁现象和磁场 我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在我国是世界上最早发现磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载，我国古代的四大发明战国末年就有磁铁的记载，我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一，指南针的发明为世之一的指南针就是其中之一，指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献界的航海业做出了巨大的贡献在现代，磁现象与日常生活、科技密切相关在现代，磁现象与日常生活、科技密切相关导入导入电磁炉电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用原理，通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部

2、放置炉面时，锅具即切割交变磁感线含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物。和烹饪食物。上海上海磁悬浮列车磁悬浮列车专线西起上海地铁龙阳路站，东专线西起上海地铁龙阳路站，东至上海浦东国际机场至上海浦东国际机场,列车加速到平稳运行之后，速度列车加速到平稳运行之后，速度是是430公里公里/小时小时。这个速度超过了

3、。这个速度超过了F1赛事的最高时速。赛事的最高时速。磁悬浮列车磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥同性相斥”，排斥，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（使列车前进。列车头的电磁体（N极）被轨道上靠极）被轨道上靠前一点的电磁体（前一点的电磁体

4、（S极）所吸引，同时被轨道上稍后极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（一点的电磁体（N极）所排斥。极）所排斥。托卡马克磁约束装置托卡马克磁约束装置 一类一类控制热核聚变的装置控制热核聚变的装置。用特殊形态的磁场把。用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中蕴藏的能量。磁约束热核聚变是当前开发聚变能

5、源中最有希望的途径最有希望的途径,是等离子体物理学的一项重大应用是等离子体物理学的一项重大应用.“司南司南”一、磁现象一、磁现象 最初发现的磁体是被称为最初发现的磁体是被称为“天然磁石天然磁石”的矿物，其中含有主要成分为的矿物，其中含有主要成分为Fe3O4，能吸引其他物体，很像磁铁，能吸引其他物体，很像磁铁.一、磁现象一、磁现象1.磁性磁性：能够吸引铁质物体的性质：能够吸引铁质物体的性质.2.磁磁体：具有磁性的物体叫磁体体：具有磁性的物体叫磁体.3.磁极：磁体上磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极磁性最强的部分叫磁极.小磁针静止时小磁针静止时 指南的磁极叫做指南的磁极叫做南极南极,又叫又叫S极极;

6、指北的磁极叫做指北的磁极叫做北极北极,又叫又叫N极极.4.磁极间的相互作用磁极间的相互作用:同名磁极相斥，异名磁极相吸同名磁极相斥，异名磁极相吸.5.变无磁性物体为有磁性物体叫变无磁性物体为有磁性物体叫磁化磁化,变有磁性物体为无磁性物体叫变有磁性物体为无磁性物体叫退磁退磁.一、磁现象一、磁现象1777年年8月月14日生于丹麦朗格兰日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭德岛一个药剂师家庭12岁开始帮岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学由于刻苦攻读，习化学由于刻苦攻读，17岁以优岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生他一边当家庭教师

7、，一边在费生他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等理、化学等1806年任哥本哈根大年任哥本哈根大学物理学教授，学物理学教授，1820年年4月发现了月发现了电流的磁效应电流的磁效应.1821年被选为英国年被选为英国皇家学会会员，皇家学会会员，1823年被选为法国年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长协会会长 二、电流的磁效应二、电流的磁效应7二、电流的磁效应二、电流的磁效应奥斯特实验奥斯特实验7奥斯特实验奥斯特实验1、实验装置、实验装置2、实验现象、实验现象当给导线通电时当给导线通电时,与导线与导线

8、平行放置的小磁针发生转动平行放置的小磁针发生转动3、注意事项、注意事项:导线应沿导线应沿南北南北方向方向水平水平放置放置4、实验结论、实验结论:通电导体对磁体有力的作用通电导体对磁体有力的作用二、电流的磁效应二、电流的磁效应【问题问题】磁体之间是通过什么发生相互作用磁体之间是通过什么发生相互作用的呢的呢?【联想联想】电荷之间是通过什么发生相互作用电荷之间是通过什么发生相互作用的呢的呢?电荷之间的相互作用是通过电荷之间的相互作用是通过电场电场发生的发生的磁体之间的相互作用是通过磁体之间的相互作用是通过磁场磁场发生的发生的电场和电场和磁场磁场都都是一种物质是一种物质1.磁场磁场:磁体周围空间存在的

9、一种特殊物质磁体周围空间存在的一种特殊物质.客观存在客观存在三、磁场三、磁场【问题问题】是否只有磁铁周围才存在磁场是否只有磁铁周围才存在磁场?磁体磁体磁体磁体磁场磁场2.电流的磁效应：电流的磁效应：电流能在周围空间产生磁场电流能在周围空间产生磁场.磁铁不是磁磁铁不是磁场的唯一来源场的唯一来源.磁体磁体电流电流磁场磁场磁体与电流之间的相互作用磁体与电流之间的相互作用问题：问题：磁体和通电导体之间的相互作用是通磁体和通电导体之间的相互作用是通过什么发生的呢过什么发生的呢?结论结论:同向同向电流相互电流相互吸引吸引。结论结论:反向反向电流相互电流相互排斥排斥。问题问题:电流和电流之间的相互电流和电流

10、之间的相互作用是通过什么发生的呢作用是通过什么发生的呢?电流电流电流电流磁场磁场问题问题:电流与电流之间是否有力的作用电流与电流之间是否有力的作用?三、磁场三、磁场磁体磁体磁体磁体磁体磁体电流电流磁场磁场磁场磁场2、电流的磁效应、电流的磁效应:电流能在周围空间产生磁场电流能在周围空间产生磁场.1、磁场、磁场:磁体周围空间存在的一种特殊物质磁体周围空间存在的一种特殊物质.电流电流电流电流磁场磁场 磁场对放入其中的磁体或通电导体会磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。产生磁力作用。3、磁场的性质、磁场的性质磁体磁体磁体磁体磁场磁场电流电流电流电流三、磁场三、磁场四、地磁场四、地磁场1.地球

11、是一个巨大的磁体地球是一个巨大的磁体2.地球周围空间存在的磁地球周围空间存在的磁场叫地磁场场叫地磁场3.地磁的北极在地理的南地磁的北极在地理的南极附近极附近,地磁的南极在地地磁的南极在地理的北极附近理的北极附近,但两者并但两者并不完全重合不完全重合,它们之间的它们之间的夹角称为磁偏角夹角称为磁偏角4.磁偏角的数值在地球上磁偏角的数值在地球上不同地方是不同的不同地方是不同的1、磁现象：、磁现象：磁性；磁体；磁极；磁化；退磁磁性；磁体；磁极；磁化；退磁.2、电流的磁效应：、电流的磁效应：电流能在周围空间产生磁场电流能在周围空间产生磁场.3、磁场：、磁场：存在磁体或电流周围空间存在磁体或电流周围空间

12、的一种特殊物质的一种特殊物质.磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的相互作用都是通过磁场发生的.磁场的磁场的性质性质：对对放入其中的放入其中的磁体或电流磁体或电流会会产生磁产生磁力力作用作用.4、地磁场：、地磁场：地球周围空间存在的磁场叫地磁场地球周围空间存在的磁场叫地磁场.地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，但两者并不完全重合，它们之间的夹理的北极附近，但两者并不完全重合，它们之间的夹角称为磁偏角角称为磁偏角.1.首先发现电流产生磁场的科学家是首先发现电流产生

13、磁场的科学家是()A富兰克林富兰克林 B法拉第法拉第 C安培安培 D奥斯特奥斯特例题分析例题分析D2、下列关于磁场的说法中、下列关于磁场的说法中,正确的是正确的是 A磁场跟电场一样磁场跟电场一样,是人为假设的是人为假设的B磁极或电流在自己周围的空间会产生磁极或电流在自己周围的空间会产生磁场磁场C指南针指南说明地球周围有磁场指南针指南说明地球周围有磁场D磁极对磁极的作用、电流对电流的作磁极对磁极的作用、电流对电流的作用都是通过磁场发生的用都是通过磁场发生的 BCD3、地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一、地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，以下说法正确个条形磁铁

14、的磁场分布情况相似，以下说法正确的是的是()A.地磁场的方向是沿地球上经线方向的地磁场的方向是沿地球上经线方向的 B.地磁场的方向是与地面平行的地磁场的方向是与地面平行的 C.地磁场的方向是从北向南方向的地磁场的方向是从北向南方向的 D.在地磁南极上空，地磁场的方向在地磁南极上空，地磁场的方向 是竖直向下的是竖直向下的D磁体的磁性磁体的磁性磁体的磁性磁体的磁性强弱是不同强弱是不同强弱是不同强弱是不同 螺丝刀只能螺丝刀只能吸起几根导线，吸起几根导线，而有的磁铁能吸而有的磁铁能吸起很多重物。起很多重物。电场的基本性质是什么？电场的基本性质是什么？对放入其中的电荷有电场力的作用对放入其中的电荷有电场

15、力的作用磁场的基本性质是什么？磁场的基本性质是什么？对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用电场强度电场强度:试探电荷所受电场力跟电荷量的比值试探电荷所受电场力跟电荷量的比值 正试探电荷的受力方向正试探电荷的受力方向如何描述电场的强弱和方向？如何描述电场的强弱和方向？如何描述磁场的强弱和方向？如何描述磁场的强弱和方向？是否类似电场的研究方法是否类似电场的研究方法,分析磁体或电分析磁体或电流在磁场中所受的力流在磁场中所受的力,找出表示磁场强弱和方找出表示磁场强弱和方向的物理量向的物理量?复习类比复习类比如何如何描述磁场的强弱和方向呢描述磁场的强弱和方向呢?电场

16、电场电场力电场力FF/q表示电场的强弱表示电场的强弱电荷电荷电荷电荷q q q q磁场磁场磁场力磁场力F磁场的强弱磁场的强弱电流电流电流电流磁体磁体磁体磁体电场强度电场强度E磁场强度磁场强度磁感应强度磁感应强度描述磁场的强弱和方向描述磁场的强弱和方向电场电场正试探电荷的受力方向正试探电荷的受力方向磁场磁场磁体或电流的受力方向磁体或电流的受力方向小磁针小磁针N极的受力方向极的受力方向磁感应强度的方向磁感应强度的方向物理学规定：物理学规定：小磁针小磁针N极极(北极北极)的受力的受力方向方向或或小磁针小磁针静止静止时时N极的极的指向，规定为该点的指向，规定为该点的磁场方磁场方向向,即即磁感应强度的方

17、向磁感应强度的方向问题：问题：磁场不仅能对磁体有作用力磁场不仅能对磁体有作用力,还还对通电导体有作用力对通电导体有作用力.能否用很小一能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱段通电导体来检验磁场的强弱?将一段将一段很短很短的通电导的通电导线线垂直垂直放入磁场中。放入磁场中。通电通电导线将受到磁场的作用力导线将受到磁场的作用力相当于电场中相当于电场中的的检验电荷检验电荷。磁感应强度的磁感应强度的大小：大小：在物理学中在物理学中,把很短一段通电导线中的电流把很短一段通电导线中的电流I与导线长度与导线长度L的乘积的乘积IL叫做叫做电流元电流元实验方法实验方法:控制变量法控制变量法（1 1）先保持导线通

18、电部分的）先保持导线通电部分的长度不长度不变变，改变电流改变电流的大小的大小。（2 2）然后保持）然后保持电流不变电流不变，改变改变导线通电部分的导线通电部分的长度长度。结论：结论：电流越大，通电导线受力越大电流越大，通电导线受力越大结论：结论：长度越长，电流越大长度越长，电流越大磁感应强度的大小磁感应强度的大小通电导体所受到的磁力跟通电导体所受到的磁力跟磁场方向、通电电流、导体长度磁场方向、通电电流、导体长度有何关系有何关系?我们如何来研究我们如何来研究?逻辑推理逻辑推理F F ILIL 精确的实验研究表明：通电导线精确的实验研究表明：通电导线与与磁场磁场方方向向垂直垂直时，它受力的时，它受

19、力的大小既与导线的长度大小既与导线的长度L 成成正比，又与导线中的电流正比，又与导线中的电流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。（2 2）不同磁场中，比值不同磁场中，比值F/ILF/IL一般不同一般不同;（1 1）同一磁场中同一磁场中 ，比值，比值F/ILF/IL为恒量；为恒量；F F ILIL磁感应强度磁感应强度1T=1N/Am定义式：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的安培力受到的安培力F跟电流跟电流I和导线长度和导线长度L乘乘积积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度。感应强度。定

20、义：定义：（注意：磁感应强度（注意：磁感应强度B由磁场本由磁场本身决定，与身决定，与F、I、L无关。）无关。）单位：单位：特斯拉特斯拉 T矢量：矢量：磁感应强度是矢量，方向与该点磁场方磁感应强度是矢量，方向与该点磁场方向相同。向相同。3.你对你对电流元电流元如何理解？如何理解？1.磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力决定吗？决定吗？B与与L、I、F无关，与场源和该点在场中的位置有关无关，与场源和该点在场中的位置有关理解理解4.反映什么性质？反映什么性质？如果导线很短很短，如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度就是导线所在处的磁感应强度.2

21、.用用B=F/IL计算时，要注意什么问题？计算时，要注意什么问题？导线电流的方向与磁场方向的关系，要注意两者必须垂直。导线电流的方向与磁场方向的关系，要注意两者必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零 物理意义：物理意义：B是表示磁场强弱和方向的物理量，是描述磁场是表示磁场强弱和方向的物理量，是描述磁场力的性质的物理量，是矢量。力的性质的物理量，是矢量。5.你你认认为为电电场场力力（磁磁场场力力）在在方方向向上上与与电电场场强强度度（磁磁感应强感应强度）有何关系？度）有何关系？6.若若在在某某一一点点同同时时存存在在几几个个

22、磁磁场场，则则该该点点的的磁磁感感应应强强 度度B如何？如何？若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，则有：，则有：B=B1+B2+B3（矢量和）（矢量和），用平，用平行四边形法则运算行四边形法则运算电场强度方向规定为正电荷受力方向；电场强度方向规定为正电荷受力方向；磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向，磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向，与电流受力方向垂直。与电流受力方向垂直。有有人人根根据据B=F/IL提提出出：磁磁场场中中某某点点的的磁磁感感应应强强度度B跟跟

23、磁磁场场力力F成成正正比比，跟跟电电流流强强度度I和和导导线线长长度度L的的乘乘积积IL成成反反比比，这这种种提法有什么问题？错在哪里？提法有什么问题？错在哪里？答：这种提法不对答：这种提法不对.因为实验证明，因为实验证明，F和和IL的乘积成正比，故比值（的乘积成正比，故比值（F/IL）在磁）在磁场中某处是一个恒量，它反映了磁场本场中某处是一个恒量，它反映了磁场本身的特性，不随身的特性，不随F及及IL的变化而变化的变化而变化.思考思考1、下列关于磁感应强度大小的说法中正、下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（确的是（）A通电导线受磁场力大的地方磁感应强通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大

24、度一定大B通电导线在磁感应强度大的地方受力通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大一定大C放在匀强磁场中各处的通电导线，受放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同力大小和方向处处相同D磁感应强度的大小和方向跟放在磁场磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关中的通电导线受力的大小和方向无关D例题例题2、下列说法中错误的是（、下列说法中错误的是（）A磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电流流I、长为、长为L的一小段导线放在该处时所受磁场的一小段导线放在该处时所受磁场力力F与与I、L的乘积的比值的乘积的比值B一小段通电导线放在某

25、处不受磁场力作用，一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处一定没有磁场则该处一定没有磁场C一小段通电导线放在磁场中一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力处时受磁场力比放在比放在B处大，则处大，则A处磁感应强度比处磁感应强度比B处的磁感处的磁感应强度大应强度大D因为因为B=F/IL，所以某处磁感应强度的大小，所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比乘积成反比ABCD0.1T3、一根导线长、一根导线长0.2m，通过，通过3A的电流，的电流，垂直放入磁场中某处受到的磁场力是垂直放入磁场中某处受到的磁场力是610-2N，则该处的磁感应强度，则该处的磁感

26、应强度B的大的大小是小是_；如果该导线的长度和电；如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度流都减小一半，则该处的磁感应强度的大小是的大小是_。0.1T4.磁磁场场中中放放一一根根与与磁磁场场方方向向垂垂直直的的通通电电导导线线，它它的的电电流流强强度度是是2.5 A，导导线线长长1 cm，它它受受到到的的安安培培力力为为510-2 N，则这个位置的磁感应强度是多大？，则这个位置的磁感应强度是多大？5.接接上上题题，如如果果把把通通电电导导线线中中的的电电流流强强度度增增大大到到5 A时时，这这一一点点的的磁磁感感应应强强度度应应是是多多大大？该该通通电电导导线线受受到到的的安安培力是多大？培力是多大？注意：计算时要统一用国际单位制。注意：计算时要统一用国际单位制。解答：解答：解答：磁感应强度解答：磁感应强度B是由磁场和空间位置（点）决定的，和导是由磁场和空间位置（点）决定的，和导 线的长度线的长度L、电流、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是的大小无关，所以该点的磁感应强度是2 T.根据根据F=BIL得，得，F=2 5 0.01=0.1N