磁场与电场精选文档.ppt

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1、磁场与电场本讲稿第一页，共二十一页教学回顾教学回顾 交流电产生的原理：交流电产生的原理：动磁生电教学导入教学导入电和磁是一对孪生兄弟，变化的电流可以产生磁场，变化的磁场也可以产生电流，二者是分不开的。自从电磁感应现象及其规律发现以来，人类对自然的认识和利用进入了新的阶段，电能的使用极大地改变了人类的生活。本节课我们首先了解一下磁场，磁体及磁感线，然后再进一步学习磁场及其基本物理量。本讲稿第二页，共二十一页电磁学上的几位先驱：电磁学上的几位先驱：奥斯特，全名汉斯奥斯特，全名汉斯克里斯蒂安克里斯蒂安奥奥斯特斯特(Hans Christian Oersted，1777年年8月月14日日-1851年年

2、3月月9日日)，丹麦物，丹麦物理学家、化学家。理学家、化学家。1820年年4月终于发月终于发现了电流对磁针的作用，即电流的磁现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年效应。同年7月月21日以日以关于磁针上关于磁针上电冲突作用的实验电冲突作用的实验为题发表了他的为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导致了大批实验界产生了极大震动，导致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新成果的出现，由此开辟了物理学的新领域领域电磁学。电磁学。本讲稿第三页，共二十一页楞次在物理学上的主要成就是发现了电磁感应的楞次定律和电热效应的焦耳楞次定律本讲稿第四页

3、，共二十一页 法拉第简介（Michael Faraday,1791-1867)法拉第于法拉第于17911791年出生在英国伦敦附近的一个小村里，年出生在英国伦敦附近的一个小村里，父亲是铁匠，自幼家境贫寒，无钱上学读书。父亲是铁匠，自幼家境贫寒，无钱上学读书。1313岁时到一岁时到一家书店里当报童，次年转为装订学徒工。在学徒工期间，家书店里当报童，次年转为装订学徒工。在学徒工期间，法拉第除工作外，利用书店的条件，在业余时间贪婪地阅法拉第除工作外，利用书店的条件，在业余时间贪婪地阅读了许多科学著作，例如读了许多科学著作，例如化学对话化学对话、大英百科全书大英百科全书的的电学电学条目等，这些著作开拓

4、了他的视野，激发了条目等，这些著作开拓了他的视野，激发了他对科学的浓厚兴趣。他对科学的浓厚兴趣。1.1.生平生平本讲稿第五页，共二十一页 18121812年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。次年，年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。次年，经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家研究院实验室当助理研究经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家研究院实验室当助理研究员。这年底，作为助手和仆人，他随戴维到欧洲大陆考察漫游，员。这年底，作为助手和仆人，他随戴维到欧洲大陆考察漫游，结识了不少知名科学家，如安培、伏打等，这进一步扩大了他的结识了不少知名科学家，如安培、伏打等，这进一步扩大了他的眼界。眼界。1

5、8151815年春回到伦敦后，在戴维的支持和指导下作了好多化学年春回到伦敦后，在戴维的支持和指导下作了好多化学方面的研究工作。方面的研究工作。18211821年开始担任实验室主任，一直到年开始担任实验室主任，一直到18651865年。年。18241824年，被推选为皇家学会会员。次年法拉第正式成为皇家学院年，被推选为皇家学会会员。次年法拉第正式成为皇家学院教授。教授。18511851年，曾被一致推选为英国皇家学会会长，但被他年，曾被一致推选为英国皇家学会会长，但被他坚决推辞掉了。坚决推辞掉了。18671867年年8 8月月2525日，他坐在书房的椅子上安祥地日，他坐在书房的椅子上安祥地离开了人

6、世。遵照他的遗言，在他的墓碑上只刻了名字和生死离开了人世。遵照他的遗言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。年月。本讲稿第六页，共二十一页 法拉第简介（Michael Faraday,1791-1867)2.2.主要工作主要工作 18211821年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文应的论文关于磁针上的电碰撞的实验关于磁针上的电碰撞的实验。该文给了。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究（中间曾因研究合金和光学玻璃等而中断过），在研究（中间曾因研究合金和光学玻璃等而中断过）

7、，在18311831年，他终于发现了电磁感应现象。年，他终于发现了电磁感应现象。18331833年，法拉第发现了电解定律，年，法拉第发现了电解定律，18371837年发现了年发现了电解质对电容的影响，引入了电容率概念。电解质对电容的影响，引入了电容率概念。18451845年发现了年发现了磁光效应，后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。磁光效应，后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。本讲稿第七页，共二十一页本讲稿第八页，共二十一页教学内容教学内容一、磁体及其性质一、磁体及其性质 二、磁场与磁感线二、磁场与磁感线三、电流的磁场三、电流的磁场四、磁场及其基本物理量四、磁场及其基本物理量 五、磁场与电场的

8、关系五、磁场与电场的关系本讲稿第九页，共二十一页磁体及其性质 1、能够吸引铁、钴、镍等物质的物体称为磁体 2、磁体分为天然磁体（吸铁石）和人造磁体（条形磁铁和蹄形磁体）3、任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割，总保持两个异性磁极，即N极和S极总是成对出现的。4、同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引本讲稿第十页，共二十一页磁场与磁感线 两个磁极互不接触，却存在相互作用力，就是通过磁场进行传递的。磁场磁体周围的空间存在的一种特殊的物质 磁感线为描述磁场的分布，在磁场中画出的一些有方向的曲线。（磁感线越密则说明磁场越强，反之则磁场越弱）磁感线方向的规定：磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S

9、极指向N极。磁感线是闭合曲线。本讲稿第十一页，共二十一页电流产生的磁场 电流产生磁场的现象称为电流的磁效应 电流产生的磁场的方向可用右手螺旋定则（安培定则）来判断 1、直线电流产生的磁场 2、环形电流产生的磁场本讲稿第十二页，共二十一页3.3.1磁场及基本物理量 （1）磁感应强度 （2）磁通 （3）磁导率 （4）磁感应强度本讲稿第十三页，共二十一页磁感应强度磁感应强度 磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力F F与与电流电流I I和导线长度和导线长度L L的乘积的比值叫做通电直导线所在处的乘积的比值叫做通电直导线所在处的的磁感应强度磁感应强

10、度B B。即。即 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。（理量。（B=F/ILB=F/IL，F=BILF=BIL）磁感应强度是一个磁感应强度是一个矢量矢量，它的方向即为该点的磁场方向。，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是：在国际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉特斯拉(T)(T)。用磁感线可形象的描述磁感应强度用磁感线可形象的描述磁感应强度B B的大小，的大小，B B较大的较大的地方，磁场较强，磁感线较密；地方，磁场较强，磁感线较密；B B较小的地方，磁场较较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应弱，磁感

11、线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度强度B B的方向。的方向。匀强磁场匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。中各点的磁感应强度大小和方向均相同。本讲稿第十四页，共二十一页2、磁通 在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为S的平面，则B与S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。=BS 磁通的国际单位是韦伯(Wb)。由磁通的定义式，可得B=/S 即磁感应强度可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B也常叫做磁通密度，并用Wb/m2作单位。本讲稿第十五页，共二十一页（1 1）磁导率）磁导率磁场中各点的磁感应强度磁场中各点的磁感应强度B B的大小不的大小不仅与产生磁

12、场的电流和导体有关，还与磁场内媒介仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒介质质(又叫做磁介质又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度磁介质时，介质的磁感应强度B B将发生变化，磁将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。能。物质导磁性能的强弱用磁导率物质导磁性能的强弱用磁导率 来表示来表示。的单位是：亨利的单位是：亨利/米米(H/m)(H/m)。不同的物质磁导。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，率不同。在相同的条件下，值越大，磁感应值越大，磁感应强度强度B B越大，磁场越强；

13、越大，磁场越强；值越小，磁感应强度值越小，磁感应强度B B越小，磁场越弱。越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用真空中的磁导率是一个常数，用00表示表示 0=40=410-710-7韦伯（安培韦伯（安培米）米）本讲稿第十六页，共二十一页（2 2）相对磁导率）相对磁导率rr 以真空磁导率以真空磁导率00为基准，为基准，将其他物质的磁导率将其他物质的磁导率 与与00比较，其比值叫相对磁导率比较，其比值叫相对磁导率，用，用rr表示，即表示，即 r=/0 根据相对磁导率根据相对磁导率rr的大小，可将物质分为三类：的大小，可将物质分为三类：1)1)、顺磁性物质：顺磁性物质：r r 略大于略大于1

14、1，如空气、氧、锡、铝、铅，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度B B略有增加。略有增加。2)2)、反磁性物质：反磁性物质：rr略小于略小于1 1，如氢、铜、石墨、银、锌，如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁等物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质，磁感应强度性物质，磁感应强度B B略有减小。略有减小。3)3)、铁磁性物质：铁磁性物质：r 1r 1，且不是常数，如铁、钢、，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场

15、中放入铁磁性铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度物质，可使磁感应强度B B增加几千甚至几万倍。增加几千甚至几万倍。本讲稿第十七页，共二十一页磁场强度 在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度B与磁导率 之比称为该点的磁场强度，记做H。即 H=B/磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位是：安培/米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。本讲稿第十八页，共二十一页电场与磁场的关系均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场周期性变化的电场产生周期性变化的的磁场，

16、周期性变化的磁场产生周期性变化的的电场 相同点：电场和磁场均为矢量场，即都具有大小和方向。不同点：电场为有源场，即散度不为零，磁场为无源场，散度为零。电场不存在闭合的电场线，即电场是无旋场。磁场总是存在闭合的磁场线，即磁场为有旋场本讲稿第十九页，共二十一页课堂小结课堂小结:磁体磁体:能够吸引能够吸引铁、钴、镍铁、钴、镍等物质的物体称为磁体等物质的物体称为磁体磁感线磁感线:为描述磁场的分布，在磁场中画出的一些有方向的曲线。为描述磁场的分布，在磁场中画出的一些有方向的曲线。电流产生的磁场电流产生的磁场:用右手螺旋定则去判断用右手螺旋定则去判断磁感应强度磁感应强度:B=F/IL,F=BIL(导体和磁场垂直的时候导体和磁场垂直的时候),单位单位:T磁通磁通:=BS,(磁场垂直于面的时候磁场垂直于面的时候),单位单位:wb磁导率磁导率:衡量物质导磁性能的物理量衡量物质导磁性能的物理量相对磁导率相对磁导率:r=/0 物质可分为三类物质可分为三类,顺磁物质顺磁物质,反磁物质反磁物质,铁磁物质铁磁物质磁场强度磁场强度:H=B/电场与磁场的关系电场与磁场的关系:变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场,变化的磁场变化的磁场也产生电场也产生电场本讲稿第二十页，共二十一页谢谢!本讲稿第二十一页，共二十一页