第三章第三章磁场及电磁感应磁场及电磁感应第一节第一节 磁场磁场第二节第二节 磁路的物理量磁路的物理量第三节第三节 磁场对通电导体作用力磁场对通电导体作用力第四节第四节 铁磁性物质铁磁性物质第五节第五节 电磁感应电磁感应本章小结本章小结 第一节第一节磁场磁场一、磁场一、磁场二、电流的磁场二、电流的磁场第三章第三章磁场及电磁感应磁场及电磁感应 在公元在公元1111世世纪，我国，我国劳动人民在人民在实践中用天然磁践中用天然磁铁做成做成细长的小磁的小磁针，它有一，它有一头总是指向南方，另一是指向南方，另一头指向北方。人指向北方。人们利用它制成了可以确定南北方向的利用它制成了可以确定南北方向的罗盘，如，如图所示。所示。罗盘中中间悬挂着一根能自由挂着一根能自由转动的的小磁小磁针( (即指南即指南针) )。由于。由于罗盘的的发明，明，给航海指明了航海指明了方向，推方向，推动了世界航海事了世界航海事业的迅猛的迅猛发展。展。罗盘第一节第一节磁场磁场 一、磁一、磁场 1 1磁体磁体 某些物体具有吸引某些物体具有吸引铁、钴、镍等物等物质的性的性质叫磁性。具有磁性的叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分物体叫磁体。磁体分为天然磁体和天然磁体和人造磁体。常人造磁体。常见的条形磁的条形磁铁、马蹄蹄形磁形磁铁和和针形磁形磁铁等都是人造磁体，等都是人造磁体，如右如右图所示。所示。 2 2磁极磁极 磁体两端磁性最磁体两端磁性最强强，磁性最，磁性最强强的地方的地方叫磁极。任何磁体都有一叫磁极。任何磁体都有一对磁极，一个叫磁极，一个叫南极，用南极，用S S表示；另一个叫北极，用表示；另一个叫北极，用N N表示，表示，如右如右图所示。所示。N N极和极和S S极极总是成是成对出出现并且并且强强度相等，不存在独立的度相等，不存在独立的N N极和极和S S极。极。常见人造磁铁常见人造磁铁磁磁针的指向的指向 第一节第一节磁场磁场 当用一个条形磁当用一个条形磁铁靠近一个靠近一个悬挂的小磁挂的小磁针( (或条形磁或条形磁铁) )时，如，如图所示。我所示。我们发现：当条形磁：当条形磁铁的的N N极靠近小磁极靠近小磁针的的N N极极时，小磁，小磁针N N极一端极一端马上被排斥；当条形磁上被排斥；当条形磁铁的的N N极靠近小磁极靠近小磁针的的S S极极时，小磁，小磁针S S极一端立刻被条形磁极一端立刻被条形磁铁吸引。吸引。 说明磁极之明磁极之间存在相互作用力，同名磁极互相排斥，异名磁极存在相互作用力，同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。互相吸引。磁极之间相互作用力磁极之间相互作用力第一节第一节磁场磁场 3 3磁场磁场 力是物质之间相互作用的结果。用手推门，门就会转动打开，力是物质之间相互作用的结果。用手推门，门就会转动打开，这是因为力直接作用于门。上述实验中，磁极之间存在的作用力并这是因为力直接作用于门。上述实验中，磁极之间存在的作用力并没有直接作用，到底是什么神密的物质使得它们之间有力的作用呢没有直接作用，到底是什么神密的物质使得它们之间有力的作用呢？这种神密的物质就是磁场。磁极之间相互作用的磁力就是通过磁？这种神密的物质就是磁场。磁极之间相互作用的磁力就是通过磁场传递的。磁场是磁体周围存在的特殊物质。磁极在自己周围的空场传递的。磁场是磁体周围存在的特殊物质。磁极在自己周围的空间里产生磁场，磁场对它里面的磁极有磁场力的作用。间里产生磁场，磁场对它里面的磁极有磁场力的作用。 4. 4.磁场方向磁场方向 把小磁针放在磁场中的任一点，可以看到小磁针受磁场力的作把小磁针放在磁场中的任一点，可以看到小磁针受磁场力的作用。静止时它的两极不再指向南北方向，而指向一个别的方向。在用。静止时它的两极不再指向南北方向，而指向一个别的方向。在磁场中的不同点，小磁针静止时指的方向一般并不相同。磁场中的不同点，小磁针静止时指的方向一般并不相同。 这个现象说明，磁场是有方向性的。这个现象说明，磁场是有方向性的。 一般规定，在磁场中某一般规定，在磁场中某点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N N极所指的方向，就极所指的方向，就是该点磁场的方向。是该点磁场的方向。 第一节第一节磁场磁场 在磁在磁场中可以利用磁感中可以利用磁感线（也称（也称为磁力磁力线)来形象地来形象地表示各点的磁表示各点的磁场方向。所方向。所谓磁感磁感线，就是在磁，就是在磁场中画出中画出的一些曲的一些曲线，曲，曲线的疏密程的疏密程度表示磁度表示磁场的的强强弱；曲弱；曲线上上每一点的切每一点的切线方向，都跟方向，都跟该点的磁点的磁场方向相同，如右方向相同，如右图所示。所示。 若磁体周若磁体周围磁磁场的的强强弱相等、方弱相等、方向相同，我向相同，我们把它定把它定义匀匀强强磁磁场，如，如右右图所示。所示。磁感线及磁场方向磁感线及磁场方向 匀强磁场匀强磁场第一节第一节磁场磁场 二、电流的磁场二、电流的磁场 1 1电流的磁效应电流的磁效应 磁铁并不是磁场的唯一来源。磁铁并不是磁场的唯一来源。18201820年，丹麦物理学年，丹麦物理学家奥斯特做过下面的实验：放在导线旁边的小磁针，当家奥斯特做过下面的实验：放在导线旁边的小磁针，当导线通过电流时会受到力的作用而偏转。这说明通电导导线通过电流时会受到力的作用而偏转。这说明通电导体周围存在磁场，即电流具有磁效应。磁场的强弱和通体周围存在磁场，即电流具有磁效应。磁场的强弱和通电导体的电流大小、距离远近有关，电流越大，磁场越电导体的电流大小、距离远近有关，电流越大，磁场越强；离导体越近，磁场越强。磁场的方向可以用安培定强；离导体越近，磁场越强。磁场的方向可以用安培定则（也称为右手螺旋法则）来判断。则（也称为右手螺旋法则）来判断。 2 2安培定则安培定则 通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可以用安培定则来判断。关系可以用安培定则来判断。 第一节第一节磁场磁场 (1) (1)直直线电流的磁流的磁场 直直线电流的磁流的磁场的磁感的磁感线是以是以导线上各点上各点为圆心的同心心的同心圆，这些同心些同心圆都在与都在与导线垂直的平面上，如垂直的平面上，如图(a)(a)所示。所示。 磁感磁感线方向与方向与电流的关系用安培定流的关系用安培定则判断：用右手握住通判断：用右手握住通电直直导体，体，让伸直的大拇指指向伸直的大拇指指向电流方向，那么，弯曲的四指流方向，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感所指的方向就是磁感线的的环绕方向，如方向，如图(b)(b)所示。所示。(a) (b)(a) (b)直直线电流的磁流的磁场 第一节第一节磁场磁场 (2) (2)通通电螺螺线管的磁管的磁场 通通电螺螺线管表管表现出来的磁性出来的磁性类似条形磁似条形磁铁，一端相当于，一端相当于N N极，极，另一端相当于另一端相当于S S极。通极。通电螺螺线管的磁管的磁场方向判断方法是：用右手方向判断方法是：用右手握住通握住通电螺螺线管，管，让弯曲的四指指向弯曲的四指指向电流方向，那么，大拇指流方向，那么，大拇指所指的方向就是螺所指的方向就是螺线管内部磁感管内部磁感线的方向，即大拇指指向通的方向，即大拇指指向通电螺螺线管的管的N N极，如极，如图所示。所示。通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场 第一节第一节磁场磁场 （3 3）环形形电流的磁流的磁场 如如图所示是所示是环形形电流的磁流的磁场。环形形电流磁流磁场的磁感的磁感线是一是一些些围绕环形形导线的的闭合曲合曲线。在。在环形形导线的中心的中心轴线上，磁感上，磁感线和和环形形导线的平面垂直。的平面垂直。环形形电流的方向跟它的磁感流的方向跟它的磁感线方向方向之之间的关系也可以用安培定的关系也可以用安培定则来判定：来判定：让右手弯曲的四指和右手弯曲的四指和环形形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形形导线中心中心轴线上的磁感上的磁感线的方向。的方向。环形电流的磁场环形电流的磁场 第一节第一节磁场磁场 第二节第二节 磁路的物理量磁路的物理量 一、磁通一、磁通二、磁感应强度二、磁感应强度三、磁导率三、磁导率四、磁场强度四、磁场强度五、磁路五、磁路 描述电路的物理量有电流、电压、电位、电动势、描述电路的物理量有电流、电压、电位、电动势、电能和电功率等。那么描述磁场的物理量又有哪些呢？电能和电功率等。那么描述磁场的物理量又有哪些呢？ 一、磁通一、磁通 磁感线的疏密定性地描述了磁场在空间的分布情况。磁感线的疏密定性地描述了磁场在空间的分布情况。磁通是定量地描述磁场在一定面积的分布情况的物理量。磁通是定量地描述磁场在一定面积的分布情况的物理量。通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通的国际单位制单位的国际单位制单位Wb（韦伯）。（韦伯）。 当面积一定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越当面积一定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越强。强。 第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 二、磁感应强度二、磁感应强度 磁感应强度是定量地描述磁场中各点的强弱和方向的物理量。磁感应强度是定量地描述磁场中各点的强弱和方向的物理量。与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，也称磁通与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，也称磁通密度，用字母密度，用字母B B表示。磁感应强度的国际单位制单位表示。磁感应强度的国际单位制单位T T（特斯拉）。（特斯拉）。在匀强磁场中，磁感应强度与磁通的关系可以用公式表示为在匀强磁场中，磁感应强度与磁通的关系可以用公式表示为 式中：式中： B B匀强磁场的磁感应强度，国际单位制单位匀强磁场的磁感应强度，国际单位制单位T T（特）（特） 与与B B垂直的某一截面积上的磁通，国际单位制单位垂直的某一截面积上的磁通，国际单位制单位WbWb（韦伯）（韦伯） S S与与B B垂直的某一截面面积，国际单位制单位（平方垂直的某一截面面积，国际单位制单位（平方米）米） 第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 三、磁导率三、磁导率磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母表磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母表示，国际单位制单位示，国际单位制单位H Hm m（亨每米）。不同的媒介质有不同的（亨每米）。不同的媒介质有不同的磁导率。实验测定，真空的磁导率是一个常数，用表示，即磁导率。实验测定，真空的磁导率是一个常数，用表示，即 为了便于比较各种物质的导磁性能，我们把任一物质的磁为了便于比较各种物质的导磁性能，我们把任一物质的磁导率与真空磁导率比值称为相对磁导率，用表示，即导率与真空磁导率比值称为相对磁导率，用表示，即 相对磁导率只是一个比值，它表明在其他条件相同的情况相对磁导率只是一个比值，它表明在其他条件相同的情况下，媒介质的磁感应强度是真空中的多少倍。下，媒介质的磁感应强度是真空中的多少倍。 第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 四、磁场强度四、磁场强度 磁场中各点的磁感应强度磁场中各点的磁感应强度B B与磁导率有关，计算比与磁导率有关，计算比较复杂。为方便计算，引入磁场强度这个新的物理量较复杂。为方便计算，引入磁场强度这个新的物理量来表示磁场的性质，用字母来表示磁场的性质，用字母H H表示。磁场中某点的磁场表示。磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度强度等于该点的磁感应强度B B与媒介质的磁导率的比值，与媒介质的磁导率的比值，用公式表示为用公式表示为 或或 磁场强度的国际单位制单位磁场强度的国际单位制单位A/mA/m（安每米）。（安每米）。 第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 五、磁路五、磁路 磁通所经过的路径叫做磁路。为了使磁通集中在一磁通所经过的路径叫做磁路。为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定形状的铁心定形状的铁心( (铁磁材料的磁导率高铁磁材料的磁导率高) )，构成各种电器设，构成各种电器设备所需的磁路。如图所示，其中（备所需的磁路。如图所示，其中（a a）图为无分支磁路，）图为无分支磁路，（b b）图为分支磁路。）图为分支磁路。磁路磁路第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 利用利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，但是与磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，但是与电路比路比较，漏磁，漏磁现象比漏象比漏电现象象严重得多。全部在磁路内部重得多。全部在磁路内部闭合的合的磁通叫做主磁通。部分磁通叫做主磁通。部分经过磁路周磁路周围物物质的的闭合磁通叫做漏磁通。合磁通叫做漏磁通。如如选用用电磁磁铁、变压器等器等铁芯材料芯材料时应尽可能尽可能让全部磁通通全部磁通通过铁芯截面。芯截面。 在下在下图中，当中，当线圈中通以圈中通以电流后，大部分磁通沿流后，大部分磁通沿铁心、心、衔铁和工作气隙构成回路，和工作气隙构成回路，这部分磁通就是主磁通。部分磁通就是主磁通。还有一小部分磁有一小部分磁通，它通，它们没有没有经过工作气隙和工作气隙和衔铁，而，而经空气自成回路，空气自成回路，这部分部分磁通就是漏磁通。磁通就是漏磁通。第二节第二节磁路的物理量磁路的物理量 第三节第三节磁场对通电导体作用力磁场对通电导体作用力 我们知道电流可以产生磁场，当我们把通电导体置于磁场中时，我们知道电流可以产生磁场，当我们把通电导体置于磁场中时，会有什么情况发生呢？会有什么情况发生呢？ 如图所示，把一根直导线如图所示，把一根直导线ABAB垂直放入蹄形磁铁的磁场中。当导垂直放入蹄形磁铁的磁场中。当导体未通电流时，导体不会运动；体未通电流时，导体不会运动；如果接通电源，当电流从如果接通电源，当电流从B B流向流向A A的时候，导线立即向磁铁外侧的时候，导线立即向磁铁外侧运动。若改变导体电流方向，运动。若改变导体电流方向，则导体会向相反方向运动。我们则导体会向相反方向运动。我们把通电导体在磁场中所受的作用把通电导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，也称安培力。从力称为电磁力，也称安培力。从本质上讲，电磁力是磁场和通电本质上讲，电磁力是磁场和通电导线周围形成的磁场相互作用的导线周围形成的磁场相互作用的结果。结果。 通电导体在磁场中运动通电导体在磁场中运动 实验证明：在匀明：在匀强强磁磁场中，当通中，当通电导体与磁体与磁场方向垂直方向垂直时，电磁力的大小与磁力的大小与导体中体中电流大小成正比，与流大小成正比，与导体在磁体在磁场中的有中的有效效长度及度及载流流导体所在的磁感体所在的磁感应强强度成正比，用公式表示度成正比，用公式表示为 F F= =BILBIL式中：式中：F F导体受到的体受到的电磁力，国磁力，国际单位制位制单位位N (N (牛牛) ) B B磁磁场中的磁感中的磁感应强强度，国度，国际单位制位制单位位T (T (特特) ) I I导体中的体中的电流流强强度，国度，国际单位制位制单位位A (A (安安) ) L L导体在磁体在磁场中的有效中的有效长度，国度，国际单位制位制单位位m m ( (米米) )实验还证明：当明：当导线和磁感和磁感线方向成方向成 角时，如下图所示。角时，如下图所示。电磁力的大小为电磁力的大小为 F FBIBILsinLsin 第三节第三节磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力 通电导体与磁场不垂直通电导体与磁场不垂直 通通电导线在磁在磁场中受到的中受到的电磁力的方磁力的方向，可以用左手定向，可以用左手定则来判断：伸出左手，来判断：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，四指垂直，让磁感磁感线垂直穿垂直穿过手心，四指手心，四指指向指向电流方向，那么，大拇指所指的方向流方向，那么，大拇指所指的方向就是磁就是磁场对通通电导线的作用力方向，如右的作用力方向，如右图所示。所示。左手定则左手定则第三节第三节磁场对通电导体的作用力磁场对通电导体的作用力 第四节第四节 铁磁性物质铁磁性物质 一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 二、铁磁材料分类二、铁磁材料分类 生活中使用螺丝刀拧螺钉时，螺丝刀上的螺钉很生活中使用螺丝刀拧螺钉时，螺丝刀上的螺钉很容易掉下来。这时只需把螺丝刀放在磁铁（如音箱扬容易掉下来。这时只需把螺丝刀放在磁铁（如音箱扬声器）上摩擦几下就可以把螺丝吸起来。但是当拿磁声器）上摩擦几下就可以把螺丝吸起来。但是当拿磁铁去吸铜钥匙时，无论如何铜钥匙根本就吸不起来，铁去吸铜钥匙时，无论如何铜钥匙根本就吸不起来，你知道产生这些现象的原因吗？你知道产生这些现象的原因吗？ 一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 1. 1.物质分类物质分类 根据磁导率的大小不同，可将物质分成三类：略根据磁导率的大小不同，可将物质分成三类：略大于大于1 1的物质称为顺磁物质，如空气、铝、锡等；略小的物质称为顺磁物质，如空气、铝、锡等；略小于于l l的物质称为反磁物质，如氢、铜、石墨等；顺磁物的物质称为反磁物质，如氢、铜、石墨等；顺磁物质和反磁物质统称为非铁磁物质。远大于质和反磁物质统称为非铁磁物质。远大于1 1的物质称为的物质称为铁磁性物质，如铁、钴、镍、硅钢、铁氧体等。铁磁性物质，如铁、钴、镍、硅钢、铁氧体等。 第四节第四节铁磁性物质铁磁性物质 2. 2. 铁磁物磁物质的磁化的磁化 如果把一如果把一块磁磁铁从它的中央断开，会得到两从它的中央断开，会得到两块新的永久磁新的永久磁铁。如果再把如果再把这两两块磁磁铁锯开，就得到四开，就得到四块磁磁铁。如果。如果继续这样做，做，最后会得到极大数量的小磁最后会得到极大数量的小磁铁，原先的那，原先的那块磁磁铁就是由它就是由它们构成构成的。因此，可以的。因此，可以认为永久磁永久磁铁是由大量的微小磁是由大量的微小磁铁所所组成。成。 一一块磁磁铁是由极大数量的小磁是由极大数量的小磁铁组成的。把成的。把这些小磁些小磁铁称称为基本磁基本磁铁，又称磁畴。在正常的，又称磁畴。在正常的铁中，那些磁畴中，那些磁畴杂乱无章地排列，乱无章地排列，磁畴磁畴间的磁性被抵消，的磁性被抵消，对外部外部( (整体整体) )不呈不呈现磁性，如磁性，如图(a)(a)所示。所示。如果把一如果把一块铁放人磁放人磁场中，那些基本磁中，那些基本磁铁将被迫按相同方向排列，将被迫按相同方向排列，如如图(b)(b)所示。所示。这时，它，它们组合起来的磁性在它合起来的磁性在它们周周围将很将很显著，即著，即铁已已经被被磁化。磁化。 （a a） （b b）第四节第四节铁磁性物质铁磁性物质 二、铁磁材料分类二、铁磁材料分类 1. 1.软磁物质软磁物质 软磁材料的特点是磁导率很大，易被磁化也易去磁。典型软磁材料的特点是磁导率很大，易被磁化也易去磁。典型的软磁材料有硅钢片、铸铁、坡莫合金等。硅钢片主要用来制的软磁材料有硅钢片、铸铁、坡莫合金等。硅钢片主要用来制作电动机和变压器的铁心，坡莫合金用来制造小型变压器、高作电动机和变压器的铁心，坡莫合金用来制造小型变压器、高精度交流仪表精度交流仪表( (灵敏继电器、磁放大器等灵敏继电器、磁放大器等) )。 2. 2.硬磁物质硬磁物质 硬磁材料的特点是需要较强的外磁场的作用，才能使其磁硬磁材料的特点是需要较强的外磁场的作用，才能使其磁化，而且不易退磁。其典型材料有钴钢、碳钢等。因其剩磁强，化，而且不易退磁。其典型材料有钴钢、碳钢等。因其剩磁强，不易退磁，常用来制造各种形状的永久磁铁。不易退磁，常用来制造各种形状的永久磁铁。 3. 3.矩磁物质矩磁物质 磁材料的特点是只需很小的磁场就能使它迅速磁化，并达到最磁材料的特点是只需很小的磁场就能使它迅速磁化，并达到最大值，去掉外磁场仍能保持原来的强度。矩磁材料主要用于制大值，去掉外磁场仍能保持原来的强度。矩磁材料主要用于制造计算机中存储元件的环形磁心。造计算机中存储元件的环形磁心。 第四节第四节铁磁性物质铁磁性物质 第五节第五节 电磁感磁感应 一、电磁感应现象一、电磁感应现象 二、电磁感应定律二、电磁感应定律 1820 1820年奥斯特年奥斯特发现电流的磁效流的磁效应以后，人以后，人们很自然地想到：很自然地想到：既然既然电流能流能产生磁生磁场，磁，磁场能否能否产生生电流呢流呢? ?许多科学家开始不多科学家开始不懈地探索。懈地探索。18311831年，法拉第年，法拉第终于于发现了由磁了由磁场产生生电流的条件和流的条件和规律，即律，即电磁感磁感应现象。象。 导体切割磁感线导体切割磁感线 一、电磁感应现象一、电磁感应现象 如图所示，在匀强磁场中放置一根导如图所示，在匀强磁场中放置一根导体体ABAB，导体，导体ABAB的两端分别与灵敏电流计的的两端分别与灵敏电流计的接线柱连接形成闭合回路。当导线接线柱连接形成闭合回路。当导线ABAB在磁在磁场中做切割磁感线运动时。电流计指针偏场中做切割磁感线运动时。电流计指针偏转，表明闭合回路有电流流过；当导线转，表明闭合回路有电流流过；当导线ABAB平行于磁感线方向运动时，电流计指针不平行于磁感线方向运动时，电流计指针不偏转，表明闭合回路没有电流流过。偏转，表明闭合回路没有电流流过。第五节第五节电磁感应电磁感应 线圈磁通量发生变化线圈磁通量发生变化 实验证明：明：闭合回路中的一部分合回路中的一部分导体相体相对于磁于磁场做切割磁感做切割磁感线运运动时，回路中有，回路中有电流流流流过。 如如图所示，空心所示，空心线圈的两端分圈的两端分别与灵敏与灵敏电流流计的接的接线柱柱连接接形成形成闭合回路。当用条形磁合回路。当用条形磁铁快速插入快速插入线圈圈时，电流流计指指针偏偏转，表明，表明闭合回路有合回路有电流流流流过；当条形磁；当条形磁铁静止不静止不动时，电流流计指指针不偏不偏转，表明，表明闭合回路没有合回路没有电流流流流过；当条形磁；当条形磁铁快速快速拔出拔出线圈圈时，电流流计指指针偏偏转，表明，表明闭合回路有合回路有电流流流流过。 第五节第五节电磁感应电磁感应 实验证明：闭合回路中的磁通发生变化时，实验证明：闭合回路中的磁通发生变化时，回路中有电流流过。回路中有电流流过。 因此，不论是闭合回路的一部分导体做切因此，不论是闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动，还是闭合回路中的磁场发生变割磁感线运动，还是闭合回路中的磁场发生变化，穿过线圈的磁通都发生变化。这样，我们化，穿过线圈的磁通都发生变化。这样，我们可以得出结论：不论用什么方法，只要穿过闭可以得出结论：不论用什么方法，只要穿过闭合回路的磁通发生变化，闭合回路就有电流产合回路的磁通发生变化，闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。应电流。 第五节第五节电磁感应电磁感应 二、电磁感应定律二、电磁感应定律 1. 1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 要使闭合回路有电流流过，电路中必须有电要使闭合回路有电流流过，电路中必须有电源，电流是由电源电动势产生的。在电磁感应现源，电流是由电源电动势产生的。在电磁感应现象中，既然闭合回路有感应电流，这个回路中就象中，既然闭合回路有感应电流，这个回路中就必然有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电必然有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。只要知道感应电动势的大小，导体就相当于电源。只要知道感应电动势的大小，感应电流就可以根据欧姆定律计算。感应电流就可以根据欧姆定律计算。 第五节第五节电磁感应电磁感应 实验证明：明：对于于导体切割磁感体切割磁感线，导体中体中产生的感生的感应电动势与与导体切割运体切割运动速度、磁感速度、磁感应强强度、度、导体体长度成正度成正比。当比。当导体运体运动方向与方向与导体本身垂直，并且跟磁感体本身垂直，并且跟磁感线方向方向也垂直也垂直时，导体切割磁感体切割磁感线产生的感生的感应电动势大小大小为式中：式中： 磁磁场磁感磁感应强强度，国度，国际单位制位制单位位T T（特）（特） 导体体长度，国度，国际单位制位制单位位m m（米）（米） 导体运体运动速度；国速度；国际单位制位制单位位m/sm/s（米每秒）（米每秒） 导体切割磁感体切割磁感线产生的感生的感应电动势，国，国际单位制位制单位位V V（伏）（伏） 第五节第五节电磁感应电磁感应 在在线圈中，感圈中，感应电动势的大小与磁通的大小与磁通变化的快慢有化的快慢有关。磁通关。磁通变化的快慢叫做磁通的化的快慢叫做磁通的变化率，即化率，即单位位时间内内磁通的磁通的变化量。化量。 法拉第法拉第电磁感磁感应定律告定律告诉我我们：电路中感路中感应电动势的大小，跟穿的大小，跟穿过这一一电路的磁通的路的磁通的变化率成正比。用公化率成正比。用公式表示式表示为 如果如果线圈的匝数有圈的匝数有N N匝，那么，匝，那么，线圈的感圈的感应电动势为第五节第五节电磁感应电磁感应 2.2.楞次定律楞次定律 在做前面实验时，我们发现当条形磁铁快速插入或拔出线在做前面实验时，我们发现当条形磁铁快速插入或拔出线圈时，电流计指针的偏转方向不同，说明在不同情况下感应电圈时，电流计指针的偏转方向不同，说明在不同情况下感应电流的方向是不同的。怎样确定感应电流的方向呢流的方向是不同的。怎样确定感应电流的方向呢? ? 我们通过下面的实验来研究楞次定律。把磁铁迅速从线圈我们通过下面的实验来研究楞次定律。把磁铁迅速从线圈中插入或拔出，观察电流表偏转情况。中插入或拔出，观察电流表偏转情况。 通过实验观察，我们发现：当磁铁插入线圈时，原磁通在通过实验观察，我们发现：当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加。如图（反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加。如图（a)a)、(c)(c)所示。当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的所示。当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少，如图场总是阻碍原磁通的减少，如图(b)(b)、(d(d）所示。）所示。 第五节第五节电磁感应电磁感应 楞次定律楞次定律第五节第五节电磁感应电磁感应 总结实验结果得到如下定律。总结实验结果得到如下定律。 楞次定律楞次定律：感应电流的方向，总是使感应电流的磁：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通的变化。场阻碍引起感应电流的磁通的变化。 3. 3.右手定右手定则 当当闭合合电路中的一部分路中的一部分导线做切割磁感做切割磁感线运运动时，感，感应电流流的方向可用右手定的方向可用右手定则来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感磁感线垂直垂直进入手心，大拇入手心，大拇指向指向导体运体运动方向，方向，这时四指所指的方向就是感四指所指的方向就是感应电流的方向，流的方向，如如图所示。所示。右手定右手定则第五节第五节电磁感应电磁感应 4. 4. 楞次定律与右手定楞次定律与右手定则关系关系 楞次定律与右手定楞次定律与右手定则是一般与特殊的关系，一切是一般与特殊的关系，一切电磁感磁感应现象都符合楞次定律，而右手定象都符合楞次定律，而右手定则只适用于只适用于单纯由于部分由于部分导体切割体切割磁感磁感线所所产生的生的电磁感磁感应现象。象。对于由磁感于由磁感应强强度随度随时间变化所化所产生的生的电磁感磁感应现象，只能象，只能应用楞次定律用楞次定律进行分析；行分析；对于由切割于由切割磁感磁感线所所产生的生的电磁感磁感应现象，既可象，既可应用右手定用右手定则判断，也可判断，也可应用楞次定律判断，一般情况下，用楞次定律判断，一般情况下，应用右手定用右手定则判断会方便些。判断会方便些。 如下如下图所示，所示，线圈圈abcdabcd放置在匀放置在匀强强磁磁场中，磁中，磁场方向如方向如图所所示，其中示，其中cdcd可以沿着滑可以沿着滑轨运运动。当。当cdcd沿着滑沿着滑轨向右运向右运动时，cdcd作作切割磁感切割磁感应线运运动，闭合回路合回路abcdabcd中有感中有感应电流流产生。同生。同时，也，也可以用第二种可以用第二种说法来法来说明明这个个问题。把。把cdcd边移到移到 位置时，线圈位置时，线圈abcdabcd包围的面积增大了，由包围的面积增大了，由 可知磁通增加了。由于穿过闭可知磁通增加了。由于穿过闭合回路的磁通发生变化，因此回路中有感应电流。由此可知，产合回路的磁通发生变化，因此回路中有感应电流。由此可知，产生感应电流的两种说法是统一的，本质是相同的，所得结果也是生感应电流的两种说法是统一的，本质是相同的，所得结果也是完全一样的。完全一样的。 第五节第五节电磁感应电磁感应 楞次定律与右手定则关系楞次定律与右手定则关系第五节第五节电磁感应电磁感应 本章小结本章小结 一、磁场一、磁场 1 1某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体两端磁性最强，磁性最强的地方叫磁极。磁性的物体叫磁体。磁体两端磁性最强，磁性最强的地方叫磁极。任何磁体都有一对磁极，一个叫南极，用任何磁体都有一对磁极，一个叫南极，用S S表示；另一个叫北极，表示；另一个叫北极，用用N N表示。表示。N N极和极和S S极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的N N极和极和S S极。磁体间同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。极。磁体间同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。 2 2通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可通电导体周围的磁场方向，即磁感线方向与电流的关系可以用安培定则（也称为右手螺旋定则）来判断，要特别注意大拇以用安培定则（也称为右手螺旋定则）来判断，要特别注意大拇指与四指所指的方向的意义。指与四指所指的方向的意义。 3. 3. 在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，所受电磁在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，所受电磁力的大小与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度力的大小与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在的磁感应强度成正比，用公式表示为及载流导体所在的磁感应强度成正比，用公式表示为F F= =BILBIL 通电导线在磁场中受到的电磁力的方向，可以用左手定则通电导线在磁场中受到的电磁力的方向，可以用左手定则来判断：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与来判断：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向，就是磁场对通电导线的作用力方向。大拇指所指的方向，就是磁场对通电导线的作用力方向。 二、磁路的物理量二、磁路的物理量 1. 1. 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通的国际做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通的国际单位制单位单位制单位WbWb（韦）。（韦）。 2. 2. 与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，与磁场方向垂直的单位面积的磁通，叫做磁感应强度，也称磁通密度，用字母也称磁通密度，用字母B B表示。磁感应强度的国际单位制单位表示。磁感应强度的国际单位制单位T T（特）。（特）。 3. 3. 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，用字母字母表示，国际单位制单位表示，国际单位制单位H Hm m（亨每米）。不同的媒介质（亨每米）。不同的媒介质有不同的磁导率。有不同的磁导率。本章小结本章小结 4. 4. 磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度B B与媒介质与媒介质的磁导率的比值，国际单位制单位的磁导率的比值，国际单位制单位A/mA/m（安每米）。（安每米）。 5. 5. 磁通所经过的路径叫做磁路。全部在磁路内部闭合的磁通磁通所经过的路径叫做磁路。全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。叫做主磁通。部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。 三、铁磁性物质三、铁磁性物质 1. 1. 原来没有磁性，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。原来没有磁性，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。 2. 2. 铁磁物质可分成三类：软磁物质、硬磁物质、矩磁物质。铁磁物质可分成三类：软磁物质、硬磁物质、矩磁物质。 四、电磁感应四、电磁感应 1 1不论用什么方法，只要穿过闭闭合回路的磁通发生变化，不论用什么方法，只要穿过闭闭合回路的磁通发生变化，闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁闭合回路就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。感应现象，用电磁感应的方法产生的电流叫做感应电流。 本章小结本章小结 2 2对于导体切割磁感线，导体中产生的感应电动势与导对于导体切割磁感线，导体中产生的感应电动势与导体切割运动速度、磁场感应强度、导体长度成正比。体切割运动速度、磁场感应强度、导体长度成正比。 3 3电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通的电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通的变化率成正比。变化率成正比。 4 4感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通的变化，这就是楞次定律。应电流的磁通的变化，这就是楞次定律。 5 5当闭合电路中的一部分导线做切割磁感线运动时，感当闭合电路中的一部分导线做切割磁感线运动时，感应电流的方向可用右手定则来判断：伸开右手，使大拇指与应电流的方向可用右手定则来判断：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直进入手心，大拇指向导体运动方向，这时四指所指的方向就进入手心，大拇指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。是感应电流的方向。 本章小结本章小结