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1、第三节磁场磁感强度第三节磁场磁感强度本讲稿第一页，共十八页 一、磁场一、磁场 在初中已经学过，磁体总有两个磁极：北（N）极和南（S）极。磁极之间会产生相互作用：同极相斥，异极相吸，如下图所示。把一些可以自由转动的小磁针放在条形磁铁的周围，在磁场力的作用下，小磁针将发生偏转，静止时，小磁针的指向如右图所示。我们把存在于磁体周围的特殊物质，叫做磁场。磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。二、磁感线二、磁感线 物理学规定，在磁场中的任何一点，可以自由转动的小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。本讲稿第二页，共十八页 为了形象直观地描写磁体周围的磁场，法拉第提出了与电场线类似的方法，用磁感线来
2、描写各点的磁场方向。演示实验 把一块玻璃板（或白纸板）水平地放在磁铁上，在板面上均匀地撒一些细铁屑，然后轻敲玻璃板，细铁屑会发生转动。最后静止时，细铁屑排列成规则的曲线形状，如下图所示。本讲稿第三页，共十八页 于是，我们在磁场中画出一系列带箭头的曲线，使这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向，都和该点的磁场方向相同，这些曲线就叫做磁感线，如下图所示。条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线如下图所示。磁感线有这样的特点：磁铁外部的磁感线都是从北极发出，进入到南极，在空间不相交。本讲稿第四页，共十八页 三、磁感强度三、磁感强度 法国物理学家安培最早发现，磁场对电流有力的作用。为了纪念他，人们把磁场对电流的
3、作用力叫做安培力。实验发现：在磁场中的某一点，当一小段通电导线跟磁场垂直时，安培力 F 跟电流 I 和通电导线的长度 l 的乘积成正比，而比值恒定不变，如下图所示。而在磁场中的不同点，这个比值一般不同。这表明，比值是一个与磁场中的位置有关的物理量，它反映了磁场的一种力的性质。本讲稿第五页，共十八页 我们把在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力 F 与电流 I 和导线长度 l 乘积的比值叫做通电导线所在处的磁感强度。如果用 B 表示磁感强度，那么 磁感强度 B 的SI单位是特（T）。磁感强度 B 的大小反映了磁场的强弱程度。一般永久磁铁的磁极附近，磁感强度大约是0.40.7 T，在电机和变
4、压器的铁芯中，磁感强度可达0.81.4T，通过超导材料的强电流产生的磁感强度可高达10 T，而地面附近地磁场的磁感强度大约只有510-5 T。磁感强度是矢量，它的方向就是该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向。本讲稿第六页，共十八页 四、匀强磁场四、匀强磁场 同电场线类似，我们从磁感线的疏密也可以看出磁感强度的相对大小。磁感强度大的地方，磁感线密集；磁感强度小的地方，磁感线稀疏。如果在磁场的某一区域内，各点的磁感强度的大小和方向都相同，那么，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。显然，匀强磁场的磁感线是一些疏密均匀、互相平行的直线，如下图所示。匀强磁场是一种理想化的物理模型，在现实生活中是不存在
5、的，但距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场。匀强磁场在生产与科研中有着广泛及重要的应用。本讲稿第七页，共十八页 五、磁通量五、磁通量 在电磁学中，经常要讨论某一区域内的磁场和它的变化情况，为此我们引入一个新的物理量磁通量。设在磁感强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫做穿过该面积的 磁通量，如下图所示，简称磁通，用符号 表示。用公式表示为=BS 磁通量的SI单位是韦（Wb）。本讲稿第八页，共十八页 当一个平面与磁场的方向垂直时，通过它的磁通量最大；当该平面与磁场方向平行时，穿过它的磁通量最小，为零。由公式=B
6、S，可以得出 上式表明，磁感强度在数值上等于单位面积上的磁通量，因此，工程技术人员常把磁感强度叫做磁通密度。例题 已知某匀强磁场的磁感强度为0.6 T，在该磁场中有一个面积为0.02 m2 的矩形线圈。求当线圈平面与磁感线垂直和平行时穿过线圈的磁通量各是多少？解：线圈平面与磁感线垂直时穿过线圈的磁通量为 当线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈平面的磁通量为零。=B S=0.60.02 Wb=1.210-2 Wb本讲稿第九页，共十八页 六、电流的磁场六、电流的磁场 人类虽然很早以前就认识了电现象和磁现象，但在很长一段时间里，人们却把它们看成两种彼此独立的自然现象。直到奥斯特发现了电流的磁效应之后，人
7、们才认识到电和磁之间的内在联系。奥斯特实验本讲稿第十页，共十八页 演示实验（点击画面即可播放）本讲稿第十一页，共十八页 法国科学家安培通过实验发现直线电流的磁感线是一些在与导线垂直的平面上且以导线上的各点为圆心的同心圆。磁感线的方向跟电流方向的关系可以这样来判定：用右手握住导线，使大拇指沿着电流的方向伸直，四指弯曲，那么四指所指的方向就是磁感线的绕行方向。这就是安培定则，也叫右手螺旋法则，如下图所示。本讲稿第十二页，共十八页 演示实验：（点击画面即可播放）本讲稿第十三页，共十八页 环形电流的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。环形电流的磁感线
8、方向跟电流方向之间的关系，也可以用安培定则判定：使右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么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，如下图所示。本讲稿第十四页，共十八页 演示实验（点击画面即可播放）本讲稿第十五页，共十八页 实验发现，通电螺线管周围的磁场与条形磁铁周围的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁铁的两极，其方向也可以用安培定则判定：让右手弯曲的四指沿电流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的北极。通电螺线管外的磁感线是由北极指向南极，在管内则是由南极指向北极，形成闭合曲线，如下图所示。本讲稿第十六页，共十八页练习练习5-3 1一个电磁铁的铁芯的横截面积为8 cm2，垂直穿过横截面的磁感强度为0.8 T，求穿过铁芯横截面的磁通量是多少？答案：6.410-4 Wb。2在下图中，小磁针位于环形电流的中心。当小磁针的 N 极指向如图所示时，判断环形电流的方向。答案：环形电流的方向如上右图所示。本讲稿第十七页，共十八页 答案：电源的正极在右端。3如右图所示，通电螺线管旁的小磁针静止时，N极指向螺线管的右端。试确定电源的正极在左端还是在右端？4试确定下图中通电螺线管内、外各个小磁针的极性，在图上标出。答案：如上右图所示。本讲稿第十八页，共十八页