第三節(jié)磁場磁感強度

第三節(jié)磁場磁感強度第1頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、磁場在初中已經(jīng)學過，磁體總有兩個磁極：北（N）極和南（S）極。磁極之間會產(chǎn)生相互作用：同極相斥，異極相吸，如下圖所示。把一些可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針放在條形磁鐵的周圍，在磁場力的作用下，小磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，靜止時，小磁針的指向如右圖所示。我們把存在于磁體周圍的特殊物質(zhì)，叫做磁場。磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的。

二、磁感線物理學規(guī)定，在磁場中的任何一點，可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時北極所指的方向，就是該點的磁場方向。第2頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月為了形象直觀地描寫磁體周圍的磁場，法拉第提出了與電場線類似的方法，用磁感線來描寫各點的磁場方向。演示實驗把一塊玻璃板（或白紙板）水平地放在磁鐵上，在板面上均勻地撒一些細鐵屑，然后輕敲玻璃板，細鐵屑會發(fā)生轉(zhuǎn)動。最后靜止時，細鐵屑排列成規(guī)則的曲線形狀，如下圖所示。第3頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月于是，我們在磁場中畫出一系列帶箭頭的曲線，使這些曲線上每一點處跟箭頭指向一致的切線方向，都和該點的磁場方向相同，這些曲線就叫做磁感線，如下圖所示。條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線如下圖所示。磁感線有這樣的特點：磁鐵外部的磁感線都是從北極發(fā)出，進入到南極，在空間不相交。第4頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、磁感強度法國物理學家安培最早發(fā)現(xiàn)，磁場對電流有力的作用。為了紀念他，人們把磁場對電流的作用力叫做安培力。實驗發(fā)現(xiàn)：在磁場中的某一點，當一小段通電導線跟磁場垂直時，安培力F

跟電流I

和通電導線的長度l

的乘積成正比，而比值恒定不變，如下圖所示。而在磁場中的不同點，這個比值一般不同。這表明，比值是一個與磁場中的位置有關(guān)的物理量，它反映了磁場的一種力的性質(zhì)。第5頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月我們把在磁場中垂直于磁場方向的通電導線所受的安培力F

與電流I

和導線長度l

乘積的比值叫做通電導線所在處的磁感強度。如果用B

表示磁感強度，那么磁感強度B

的SI單位是特（T）。磁感強度B

的大小反映了磁場的強弱程度。一般永久磁鐵的磁極附近，磁感強度大約是0.4～0.7T，在電機和變壓器的鐵芯中，磁感強度可達0.8～1.4T，通過超導材料的強電流產(chǎn)生的磁感強度可高達10T，而地面附近地磁場的磁感強度大約只有5×10-5T。磁感強度是矢量，它的方向就是該點的磁場方向，即通過該點的磁感線的切線方向。第6頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

四、勻強磁場同電場線類似，我們從磁感線的疏密也可以看出磁感強度的相對大小。磁感強度大的地方，磁感線密集；磁感強度小的地方，磁感線稀疏。如果在磁場的某一區(qū)域內(nèi)，各點的磁感強度的大小和方向都相同，那么，這個區(qū)域內(nèi)的磁場叫做勻強磁場。顯然，勻強磁場的磁感線是一些疏密均勻、互相平行的直線，如下圖所示。勻強磁場是一種理想化的物理模型，在現(xiàn)實生活中是不存在的，但距離很近的兩個異名磁極之間的磁場，除邊緣部分外，可以認為是勻強磁場。勻強磁場在生產(chǎn)與科研中有著廣泛及重要的應(yīng)用。第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

五、磁通量在電磁學中，經(jīng)常要討論某一區(qū)域內(nèi)的磁場和它的變化情況，為此我們引入一個新的物理量——磁通量。設(shè)在磁感強度為B

的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B

與S

的乘積叫做穿過該面積的磁通量，如下圖所示，簡稱磁通，用符號Φ表示。用公式表示為Φ=BS磁通量的SI單位是韋（Wb）。第8頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月當一個平面與磁場的方向垂直時，通過它的磁通量最大；當該平面與磁場方向平行時，穿過它的磁通量最小，為零。由公式Φ=BS

，可以得出上式表明，磁感強度在數(shù)值上等于單位面積上的磁通量，因此，工程技術(shù)人員常把磁感強度叫做磁通密度。

[例題]已知某勻強磁場的磁感強度為0.6T，在該磁場中有一個面積為0.02m2的矩形線圈。求當線圈平面與磁感線垂直和平行時穿過線圈的磁通量各是多少？

解：線圈平面與磁感線垂直時穿過線圈的磁通量為當線圈平面與磁感線平行時，穿過線圈平面的磁通量為零。Φ=BS=0.6×0.02Wb=1.2×10-2Wb第9頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

六、電流的磁場人類雖然很早以前就認識了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象，但在很長一段時間里，人們卻把它們看成兩種彼此獨立的自然現(xiàn)象。直到奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)之后，人們才認識到電和磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。

奧斯特實驗第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

演示實驗（點擊畫面即可播放）第11頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月法國科學家安培通過實驗發(fā)現(xiàn)直線電流的磁感線是一些在與導線垂直的平面上且以導線上的各點為圓心的同心圓。磁感線的方向跟電流方向的關(guān)系可以這樣來判定：用右手握住導線，使大拇指沿著電流的方向伸直，四指彎曲，那么四指所指的方向就是磁感線的繞行方向。這就是安培定則，也叫右手螺旋法則，如下圖所示。第12頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

演示實驗：（點擊畫面即可播放）第13頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)形電流的磁感線是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線，在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直。環(huán)形電流的磁感線方向跟電流方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則判定：使右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向，如下圖所示。第14頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

演示實驗（點擊畫面即可播放）第15頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗發(fā)現(xiàn)，通電螺線管周圍的磁場與條形磁鐵周圍的磁場相似，通電螺線管的兩端相當于條形磁鐵的兩極，其方向也可以用安培定則判定：讓右手彎曲的四指沿電流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通電螺線管的北極。通電螺線管外的磁感線是由北極指向南極，在管內(nèi)則是由南極指向北極，形成閉合曲線，如下圖所示。第16頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月練習5-3

1．一個電磁鐵的鐵芯的橫截面積為8cm2，垂直穿過橫截面的磁感強度為0.8T，求穿過鐵芯橫截面的磁通量是多少？答案：6.4×10-4Wb。

2．在下圖中，小磁針位于環(huán)形電流的中心。當小磁針的N極指向如圖所示時，判斷環(huán)形電流的方向。答案：環(huán)形電流的方向如上右圖所示。第17頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2