第二章

磁場與電磁感應磁場與電磁感應1磁場及其基本物理量2電磁感應定律

3自感與互感磁體及其性質磁性——某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質的性質。磁體——具有磁性的物體。磁體分為天然磁體和人造磁體磁極——磁體兩端磁性最強的部分。指北的磁極稱北極（N）指南的磁極稱南極（S）磁體及其性質N極和S極總是成對出現磁體及其性質任何磁體都具有兩個磁極，而且無論把磁體怎樣分割總保持有兩個異性磁極，也就是說，同名磁極相互排斥，異名磁極互相吸引。磁體及其性質磁場與磁感線磁場——在磁體周圍的空間中存在的一種特殊物質。磁場的特點：(1).看不見、摸不著；(2).它是確實存在的；(3).可以根據它對其他物體的作用來認識它。磁場與磁感線磁感線——磁場中畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的切線方向就是該點的磁場方向，也就是放在該點的磁針N極所指的方向。磁場與磁感線磁感線的方向：在磁體外部由N極指向S極，在磁體內部由S極指向N極。其疏密程度表示磁場的強弱。任意兩條磁感線不相交。磁場與磁感線磁場與磁感線

均勻磁場——在磁場的某一區域里，磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線。地磁場示意圖丹麥物理學家奧斯特發現的電流磁效應，是科學史上的重大發現，揭開了物理學史上的一個新紀元。電流的磁場電流的磁場電流的磁效應——電流產生磁場的現象。通電直導線產生的磁場磁感線為以導線上的各點為圓心的同心圓，且在跟導線垂直的平面上通電直導線的磁場右手螺旋定則：假設右手握住導線，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繞方向。電流方向磁場方向通電螺線管的磁場螺線管：一捆長線圈，由多匝導線圈組成I通過螺線管時，每一圈所起的作用就像一個扁平線圈一樣。螺線管的磁場就是所有線圈合成的磁場。IINS假設右手握住螺線管，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：螺線管的磁場利用安培定則判定如下螺線管的兩極實踐活動試提問NNS磁場的應用磁懸浮列車基本原理磁極的同性相斥和異性相吸車身磁場和路面磁場產生浮力使車身懸浮車身磁場與推進磁場產生直線作用力，使車身前進電磁鐵的應用a 電鈴與蜂鳴器b 電話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2. 拉動鈴錘

敲響鈴鐺電磁鐵產生磁性當按下按鈕3.「斷路器」的觸點脫開

切斷電流4.鈴錘彈回原位

觸點重新接合5.電磁鐵再次通電

以上過程不斷重復表征磁場的物理量思考：

地球有磁場，那么哪個地方磁場最強呢？磁鐵也有磁場，電流也會產生磁場，哪個磁場大？磁場的大小與那些參數有關呢？磁感應強度磁場對通電導線的作用力可能和哪些因素有關呢？電流大小導體長度采用什么方法研究呢？猜測：問題：控制變量法磁感應強度演示實驗：實驗圖：NSA實驗現象：當L一定,電流I增大時，F也增大。實驗1：L不變，研究F與I的關系精確實驗表明：L不變，IF實驗2：I不變，研究F與L的關系F

L實驗現象：當I

一定，通電導線L增大時,F也增大。精確實驗表明：I不變，實驗現象：邏輯推理：F

LF

IF

IL

精確實驗表明，電流在磁場中所受電磁力的大小，既與導線長度L成正比，又與電流I成正比，即與I

和L得乘積成正比。比值叫做磁感應強度。用B表示。而且：比值是一個常量FIL因為仰慕愛迪生，1884年特斯拉被巴切勒推薦到美國加入愛迪生的公司。特斯拉提出采用交流電系統來代替愛迪生的直流電，遭到愛迪生的強烈反對。1880年，特斯拉發明了世界上第一臺交流電發電機。1889年，特斯拉在美國哥倫比亞，實現了從科羅拉多斯普林斯至紐約的高壓輸電實驗。

1956年是特斯拉誕生100周年，國際電氣技術協會決定，把國際單位制中磁感應強度的單位命名為特斯拉，簡稱“特”,符號“T．需要注意：（1）磁感應強度是反映磁場本身特性的物理量，是由磁場自身決定的，與磁場的中有無電流無關，跟磁場中導線是否受力無關。（2）B的大小表示磁場的強弱。

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

勻強磁場：磁感應強度的大小和方向處處相同的磁場．（1）勻強磁場的實例：相距很近的兩平行的異名磁極間的磁場；通電的長直螺線管內部（邊緣部分除外）的磁場．（2）勻強磁場的磁感線分布是一組等間隔的平行線．在同一個磁場的磁感線分布圖上,磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小，磁感線越密的地方表示磁感強度越大．磁通

磁通——設在磁感應強度為B的均勻磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積定義為穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通，用Φ表示。Φ=BS磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。磁通如果磁場不與所討論的平面垂直，則應以這個平面在垂直于磁場B的方向的投影面積S’與B的乘積來表示磁通。磁通

當面積一定時，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強。 從φ=BS，可得這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應強度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。磁導率磁導率μ是表示磁場空間媒質磁性質的物理量，是物質導磁能力的標志量。其單位為H/m（亨/米）。真空磁導率μ0：實驗測得，真空的磁導率磁導率相對磁導率——任一物質的磁導率與真空的磁導率的比值，用μr表示，即磁介質的分類順磁物質空氣、鋁、錳、鉻、鉑等反磁物質銅、氫、汞、硫等鐵磁物質鐵、鎳、鈷、硅鋼等磁性材料分類磁性物質的磁化示意圖(a)無外場，磁疇排列雜亂無章。(b)在外場作用下，磁疇排列逐漸進入有序化。磁性物質的磁化

磁化磁疇退磁磁性物質的磁化

磁化——使原來沒有磁性的物質具有磁性的過程。不帶磁性的鐵片鐵片被磁化磁性物質的磁化

鐵磁材料的分類硬磁材料：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的磁化應用磁性紀錄器件1.磁頭和磁帶磁頭由三個基本部分組成：環形鐵心、線圈和工作氣隙。此外還裝有金屬外殼，起磁屏蔽作用。磁性物質的磁化應用聲音的錄入：聲音信號電流經放大后，輸入到磁帶磁頭線圈中，磁頭緊貼磁帶移動，經過磁頭工作氣隙的磁帶就被磁化，聲音信號就被紀錄了下來。聲音的播放：與錄入相反，放音磁頭緊貼磁帶移動，產生感應電流，在經過放大后送給揚聲器，便可看到重放的聲音。磁性物質的磁化應用2.磁卡銀行的信用卡表面的黑色磁條上紀錄著銀行代碼、戶頭編號、密碼等數據，這些都是利用電磁感應方法寫進去的。實際進行磁化時，是用磁性的有與無表示二進制的0和1。磁性的有無表示二進制的0和1磁性物質的磁化應用在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點為105度的磁性材料。當鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當溫度到達大約105度時，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對它失去了吸力，這時磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開，同時帶動電源開關被斷開，停止加熱。4電磁感應電流能產生磁場，那么磁場能否產生電流呢？英國科學家用實驗來回答了這個問題。利用磁場產生電流的現象稱為電磁感應現象，產生的電流稱為感應電流。條形磁鐵插入和拔出線圈時產生感應電流，產生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。在線圈回路中產生感應電動勢和感應電流的原因是由于磁鐵的插入和拔出導致線圈中磁通發生了變化。

楞次定律指出了磁通的變化與感應電動勢在方向上的關系，即：感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。楞次定律感應電動勢及方向判斷1．感應電流產生的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就會產生感應電流．其中“磁通量的變化”可能是：①導體所圍面積的變化；②磁場與導體相對位置的變化；③磁場本身強弱的變化。

若電路不閉合，就不會產生感應電流，但電路中仍有感應電動勢．感應電動勢與磁通變化率的關系

線圈中感應電動勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。單匝線圈產生的感應電動勢的大小：

N匝線圈產生感應電動勢的大小：金屬棒在磁場中作切割磁力線運動時的電磁感應現象010203040GSN

右手定則：I感BV伸開右手，拇指與四指垂直且與手掌在同一平面內手心對著磁感線來的方向大姆指是切割方向（運動方向）四指是感應電流的方向直導體在磁場中運動產生的感應電動勢

導線的切割方向與磁場方向垂直成:設長為L的導體ab，在磁感強度為B的勻強磁場中以速度v向右勻速運動，導體產生的感應電動勢如果導體運動方向不與磁感線方向垂直，則導體中的感應電動勢為：e=Blvsinα發電機就是應用導線切割磁感線產生感應電動勢的原理發電的，實際應用中，將導線做成線圈，使其在磁場中轉動，從而得到連續的電流。正弦交流電的產生實際應用發動機應用例題如下圖所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一長度為l的直導體AB，可沿平行導電軌道滑動。當導體以速度v向左勻速運動時，試確定導體中感應電動勢的方向和大小。解：（1）導體向左運動時，導電回路中磁通將增加，根據楞次定律判斷，導體中感應電動勢的方向是B端為正，A端為負。用右手定則判斷，結果相同。（2）設導體在時間內左移距離為d則導電回路中磁通的變化量為所以感應電動勢自感與互感

一、自感現象合上開關，HL2比HL1亮的慢實驗現象：分析：由于線圈L自身的磁通量增加，而產生了感應電動勢，這個感應電動勢的作用是阻礙磁通量的增加，即原來所加電壓相反，阻礙線圈中電流的增加，故通過與線圈串聯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．斷開開關，燈泡閃亮一下才熄滅實驗現象：分析：斷開開關，L的電流突然減小，穿過L的磁通也迅速減小，L中產生一個很強的感應電動勢，以阻礙電流的減小。L與燈在電源被切斷后，由并聯變成串聯回路。L中瞬間產生較強的感應電動勢，使該回路中瞬間通過較大的感應電流，所以燈泡突然善良。

當線圈中的電流發生變化時，就會產生感應電動勢，這個電動勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。

自感——這種由于流過線圈本身的電流發生變化而引起的電磁感應現象稱為自感現象，簡稱自感。

自感電動勢——自感現象中產生的感應電動勢，用eL表示，自感電流用iL表示。自感電流產生的磁通稱為自感磁通自感系數（簡稱電感）在數值上等于一個線圈中通過單位電流所產生的自感磁通。用表示

為線圈匝數為每一個匝線圈的自感磁通的單位是亨利，簡稱亨，用表示。常用單位毫亨（）微亨（）

二、自感系數與自感電動勢線圈的電感是由線圈自身的特征決定的：（1）線圈越長，電感越大（2）單位長度上的匝數越多，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象是電磁感應現象的一種特殊情況，也遵循法拉第電磁感應定律。把

代入可得自感電動勢大小的計算公式：

三、互感現象和互感電動勢當線圈2中的電流變化，引起線圈1

的磁通量變化，線圈1中產生感應電動勢，這種現象稱為互感現象。該電動勢叫互感電動勢。I2I1Φ12Φ21

當線圈中的電流發生變化時，使得穿過鄰近線圈的磁通量也要發生變化，鄰近線圈