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、科技密切相在现代，磁现象与日常生活、科技密切相关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
3、了。这个速度超过了F1赛事的最高时速。赛事的最高时速。“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; 指北的磁极叫做指北的磁极叫做北极北极,又
4、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【问题问题】 1.电现象与磁现象有何相似电现象与磁现象有何相似?2.电现象与磁现象有何区别电现象与磁现象有何区别?3.为什么丹麦物理学家奥斯特相信为什么丹麦物理学家奥斯特相信电和磁之间存在关系电和磁之间存在关系?4.为什么之前的实验都失败了为什么之前的实验都失败了?纵向力纵向力横向作用横向作用1777年年8月月14日生于丹麦朗格兰日生于丹麦
5、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，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
6、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、电流的磁效应二、电流的磁效应二、电流的磁效应奥斯特实验奥斯特实验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
7、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一种特殊物质磁体周围空间存在的一种特殊物质.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. . 磁铁不是磁场的唯一来源磁铁不是磁场的唯一来源. .磁体磁体磁体磁体磁场磁场三、磁场三、磁场1.磁
8、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.结论：结论： 磁体对通电导磁体对通电导体有力的作用体有力的作用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磁体和通电导体之间的相互作用 是通过什么发生的呢是通过什么发生的呢?磁体磁体电流电流磁场磁场三、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. .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?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
9、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。 （磁体与磁体之间、磁体与通电导体（磁体与磁体之间
10、、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的）用都是通过磁场发生的）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3.2 3.2 磁感应强度磁感应强度 3-1 3-1 第三章第三章 磁场磁场1.1.用哪个物理量来描述电场的强弱和方向？用哪个物理量来描述电场的强弱和方向？用电场强度来描述电场的强弱和方向用电场强度来描述电场的强弱和方向. . 2.2.电场强度是如何定义的？其定义式是什么？电场强度是如何定义的？其定义式是什么？ 电场强度是通过将一试探电荷放在电场电场强度是通过将一试探电荷放在电场中分
11、析电荷所受的电场力与试探电荷量的比中分析电荷所受的电场力与试探电荷量的比值来定义的值来定义的. . 定义式为定义式为E E = = qF. 一一.磁感应强度的方向：磁感应强度的方向： 小磁针北极受力的方小磁针北极受力的方向，亦即小磁针向，亦即小磁针静止静止时北时北极极(N)所指的方向规定为所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，该点的磁感应强度的方向，简称为磁场方向。简称为磁场方向。 磁场对电流的作用力通常称为磁场对电流的作用力通常称为安培力安培力. .1：保持磁场和通电导线的长度不变，改：保持磁场和通电导线的长度不变，改变电流的大小。变电流的大小。2：保持磁场和导线中的电流不变，改变：保持磁
12、场和导线中的电流不变，改变通电导线的长度。通电导线的长度。探究影响通电导线受力的因素探究影响通电导线受力的因素1：保持磁场和通电导线的长度不变，改变电流的大小。：保持磁场和通电导线的长度不变，改变电流的大小。现象：电流越大，导线的偏角越大。现象：电流越大，导线的偏角越大。结论结论：在通电导线的长度和磁场不变时，电流越：在通电导线的长度和磁场不变时，电流越大，导线所受的安培力就越大。大，导线所受的安培力就越大。2：保持磁场和导线中的电流不变，改变通电导线的：保持磁场和导线中的电流不变，改变通电导线的长度。长度。结论：结论：在通电导线的电流和磁场不变时，导线越在通电导线的电流和磁场不变时，导线越长
13、，导线所受的安培力就越大。长，导线所受的安培力就越大。 精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安培力精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流成正比，又与导线中的电流I成正比，即与成正比，即与I和和L的乘积成正比。的乘积成正比。B=F/IL磁感应强度：磁感应强度：1.定义：在磁场中定义：在磁场中垂直垂直于磁场方向的通电导于磁场方向的通电导线，所受的安培力线，所受的安培力F 跟电流跟电流 I 和导线长度和导线长度L的的乘积乘积 IL 的比值叫磁感应强度的比值叫磁感应强度.2.定义式：定义式：B= ILF思考思考1：一根长度为
14、：一根长度为L的导线通有电流的导线通有电流I，当放，当放到磁场中某点时受到的安培力为到磁场中某点时受到的安培力为F，问导线所，问导线所在处的磁感应强度一定为在处的磁感应强度一定为 吗？吗？ILF电流元：很短的一段通电导线中的电流电流元：很短的一段通电导线中的电流I I与导线长度与导线长度L L的乘积的乘积ILIL叫做叫做电流元电流元。 思考思考 有人根据有人根据B=F/IL提出：磁场中某点的磁提出：磁场中某点的磁感应强度感应强度B B 跟磁场力跟磁场力F成正比，跟电流强度成正比，跟电流强度I I和导线长度和导线长度L的乘积的乘积IL成反比，这种提法有什成反比，这种提法有什么问题？错在哪里？么问
15、题？错在哪里？ 磁场中某点的磁感应强度只决定于场源磁场中某点的磁感应强度只决定于场源和该点在场中的位置，与在该点放不放通电和该点在场中的位置，与在该点放不放通电导线、通电导线的长度、导线中的电流以及导线、通电导线的长度、导线中的电流以及导线受力情况无关。导线受力情况无关。 5.5.方向：磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向方向：磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向定义为该点的磁感应强度的方向. .4.4.在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是称特，国际符号是T.T. 1 T=1 N/(A m)3.3.物理
16、意义：物理意义：B B是表示磁场强弱和方向的物理量，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。是描述磁场力的性质的物理量。 若在某一空间同时存在若在某一空间同时存在几个磁场，那么该空间中的几个磁场，那么该空间中的某点的磁感应强度某点的磁感应强度B应如何应如何确定？确定？想一想想一想 6.磁场的叠加磁场的叠加 若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场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，某点的磁感应强度应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为为B，则有，则有B=B1+B2+B3（矢量和）（矢量和） 磁感应强度磁感应强度 B BB B的的方向方向：小磁针静止
17、：小磁针静止时时N N极所指的方向。极所指的方向。B B的的大小大小：ILFB （B BL L）注：磁感应强度注：磁感应强度B B为为矢量矢量，其由磁场本，其由磁场本身属性决定。身属性决定。一一.磁感线磁感线磁感线磁感线实验中常用铁屑来模拟磁感线的形状。实验中常用铁屑来模拟磁感线的形状。磁感线磁感线：磁场中画出一系列有方向的：磁场中画出一系列有方向的曲线，且使曲线上每一点的切线方向曲线，且使曲线上每一点的切线方向与该点的磁感应强度的方向一致。与该点的磁感应强度的方向一致。磁感线磁感线c.磁感线的疏密可以反映磁场的强弱磁感线的疏密可以反映磁场的强弱 d.任何两条磁感线都不相交任何两条磁感线都不相
18、交磁感线的特点：磁感线的特点：a.为形象地描述磁场而人为引入的为形象地描述磁场而人为引入的b.磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向e. 磁感线是封闭曲线磁感线是封闭曲线二、几种常见磁场磁感线分布二、几种常见磁场磁感线分布1 1、条形磁铁、条形磁铁地磁场地磁场1.地球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
19、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二、几种常见磁场磁感线分布二、几种常见磁场磁感线分布1 1、马蹄形磁铁马蹄形磁铁3、直线电流周围磁场直线电流周围磁场（右手螺旋定则）（右手螺旋定则）安培定则：安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。指所指的方向就是磁感线的环绕方向。磁感线为以导线上的各点磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上。导线垂直的平面上。二、几种常见磁场磁感线分布二
20、、几种常见磁场磁感线分布直线电流直线电流 画出直线电流的磁场的立体、顶视、底视、正视图画出直线电流的磁场的立体、顶视、底视、正视图课堂练习课堂练习问题：问题：如果把通电直导线弯成圆环，那么它如果把通电直导线弯成圆环，那么它周围的磁场又是如何分布周围的磁场又是如何分布？解决方案：用安培定则分析解决方案：用安培定则分析4、环形电流周围磁场环形电流周围磁场安培定则：安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向是环形导线中心轴线上磁感线的方向。环形电流的环形电流的磁场可等效磁场可等
21、效为小磁针或为小磁针或条形磁铁条形磁铁. .课堂练习课堂练习画出下图环形电流磁感线的俯视图和正视图：画出下图环形电流磁感线的俯视图和正视图：立体图 环形电流其实就是只有环形电流其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多环形电流串联而成的。则是由许多环形电流串联而成的。通电螺线管的磁场也就是这些环通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。形电流磁场的叠加。环形电流的安培定则也可以用环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场来判定通电螺线管的磁场。5、通电螺旋管周围磁场通电螺旋管周围磁场等效等效安培定则：安培定则：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指用右手握
22、住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管向就是螺旋管内部内部磁感线的方向。磁感线的方向。三、安培分子电流假说三、安培分子电流假说意义意义: :1)成功解释磁化和消磁现象成功解释磁化和消磁现象3)揭示了电和磁的本质联系揭示了电和磁的本质联系2)揭示了磁性的起源揭示了磁性的起源三、安培分子电流假说三、安培分子电流假说磁体磁体磁体磁体磁场磁场电流电流电流电流运动运动电荷电荷磁场磁场运动运动电荷电荷A C B 1 1、将小磁针分别放入、将小磁针分别放入A A、B B、C C处时，问：小磁处时，问：小磁针针N N极的指向？极的指向
23、？ 。A 2 2、在光滑的水平杆上有两个通有同方向的金属圆、在光滑的水平杆上有两个通有同方向的金属圆环，问：两环将怎样运动？（靠近或远离）环，问：两环将怎样运动？（靠近或远离）A B课堂练习课堂练习思考：思考：在如图所示的两种情况中，磁通量是否在如图所示的两种情况中，磁通量是否有区别呢？如何区分？有区别呢？如何区分？A1A2B2B1C2D2D1BSD2D1A1A2B2B1C2BS4.磁通量是标量，但有正负之分磁通量是标量，但有正负之分，磁通量的符号，磁通量的符号是为了区分磁感线穿过平面的方向不同的。是为了区分磁感线穿过平面的方向不同的。ABCDEF B1=2TB2=1.5TL1=0.5mL1=2mL=2m练习练习1：计算图中穿过平面：计算图中穿过平面ABCD的磁通量的的磁通量的大小。大小。练习练习2：如图所示，两圆环：如图所示，两圆环AB同心放置且半径同心放置且半径RARB ，将一条形磁铁置于两环的圆心处且，将一条形磁铁置于两环的圆心处且与圆环平面垂直，则穿过与圆环平面垂直，则穿过A，B两环所围的面两环所围的面积的磁通量大小是（）积的磁通量大小是（） SNABA、AB B、AB C、A=B D、无法判断、无法判断
