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第十三章 电磁感应与电磁波初步
第 一 节 磁场 磁感线
古代人们就发现了天然磁石吸引铁器的现象。东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”,被公认为最早的磁性指 南工具。指南针是我国古代四大发明之一。
我国古代磁现象的应用
一、磁现象
最初发现的磁体是被称为“天然磁石”的矿物，其中含有主要成分为Fe3O4，能吸引其他物体，很像磁铁.
一、磁现象
一、磁现象：
2.磁极：能够自由转动的磁体,如悬吊着的磁针,静止时指南的磁极叫南极(S极),指北的磁极叫北极(N极).
1.磁性：天然磁石、人造磁体和电磁铁都具有吸引铁质物体的性质
3.指南针：中国古代四大发明之一
原理：同名磁极相斥，异名磁极相吸
二、电流的磁效应
　　丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted，1777—851)1777年8月14日生于丹麦．12岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学．17岁以优异成绩考取了哥本哈根大学免费生．他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学．1806年任哥本哈根大学物理学教授，1821年被选为英国皇家学会会员，1823年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长．
奥斯特实验
１、实验装置如左图
２、实验现象
当给导线通时，与导线平行放置的小磁针发生转动。
思考
1、该实验说明了什么
揭示了电和磁的联系
2、该实验成功的关键
通电直导线要南北水平放置,磁针要平行的
放置于导线的下方或者上方
1.定义：磁场是存在于磁极(或电流)局围的一种特殊物质．
三、磁场：
2.磁体之间、电流与磁体之间、电流之间的相互作用是通过磁场发生的．
磁体和磁体之间相互作用
磁体
磁体
磁场
F
F′
1.定义：磁场是存在于磁极(或电流)局围的一种特殊物质．
三、磁场：
2.磁体之间、电流与磁体之间、电流之间的相互作用是通过磁场发生的．
磁体和通电导体之间相互作用
1.定义：磁场是存在于磁极(或电流)局围的一种特殊物质．
三、磁场：
2.磁体之间、电流与磁体之间、电流之间的相互作用是通过磁场发生的．
通电导体之间相互作用
3.磁场的基本性质：对放入其中的磁体和电流有力的作用．
１、地球是一个巨大的磁体
2、地球周围空间存在的磁场叫地磁场
3、地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近
三、地球的磁场：
4.磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针的指向与南北方向有一个交角．磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的
总结提升
虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大.因此，一般我们认为：
(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下.
(2)在赤道正上方，距离地球表面高度相等的点，磁场的强弱相同，且方向水平向北.
(3)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方.
1.首先发现电流产生磁场的科学家是( )
A．富兰克林 B．法拉第
C．安培 D．奥斯特
2.下列关于磁场的说法中，正确的是( )
A.磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B.磁场是为解释磁极间相互作用而人为规定的
C.磁极与磁极之间是直接发生作用的
D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生
D
A
3.如图所示，通电直导线处在蹄形磁铁两极间，受到力F的作用，以下说法正确的是( )
A．这个力是通过磁场产生的作用
B．这个力没有反作用力
C．这个力的反作用力作用在通电导线上
D．这个力的反作用力作用在蹄形磁铁上
AD
4、地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，以下说法正确的是( 　 )
A.地磁场的方向是沿地球上经线方向的
B.地磁场的方向是与地面平行的
C.地磁场的方向是从北向南方向的
D.在地球南极上空，地磁场的方向
是竖直向上的
D
1．磁现象
(1)磁性：磁体能吸引铁质物体的性质叫做磁性。
(2)磁极：磁体上磁性 ________的区域。磁极分南极(S极)和北极(N极)两种。
(3)磁极间的作用规律：同名磁极相互________、异名磁极相互_________。
最强
排斥
吸引
2．电流的磁效应
(1)奥斯特实验：奥斯特发现，电流能使磁针偏转，如图所示。
(2)不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这个现象称为电流的_________。
磁效应
3．磁场
(1)磁场的基本性质：
对放入其中的磁体或_______产生力的作用。
(2)磁场的产生：
①_________周围存在磁场。
②_________周围存在磁场——电流的磁效应。
电流
永磁体
电流
4．地球的磁场
(1)地球本身是一个大磁体，它的N极位于___________附近，S极位于___________附近。
(2)地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针的指向与南北方向有一个夹角，这个夹角称做________
地理南极
地理北极
磁偏角
磁感应强度及其方向
1.磁感应强度是描述磁场 和 的物理量，用符号B表示.
2.磁感应强度的方向：小磁针静止时 所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为 的方向.
强弱
方向
N极
磁场
关于磁场的方向有几种描述方法？
①磁感应强度的方向；
②小磁针N极受力的方向；
③小磁针静止时N极的指向.
类比于电场强度
磁感应强度的大小
1.在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做 .
2.探究实验
(1)如图，三块相同的蹄形磁铁并列放在桌上，可以认
为磁极间的磁场是 的，直导线的方向与磁感应强度
的方向 .
(2)有电流通过时导线将摆动一个角度，通过摆动角度的
大小可以比较 的大小.
电流元
均匀
垂直
导线受力
(3)大量的实验事实证明，通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L成 ，又与导线中的电流I成 ，即与I和L的乘积IL成 ，用公式表示为F＝ .式中B是比例系数，它与导线的长度和电流的大小 .(填“有关”或“无关”)
3.磁感应强度的大小
(1)定义：一个电流元 放入磁场中的某点，电流元受到的________
与该电流元IL的比值.
(2)定义式：B＝ . 仅适用于电流与B垂直时，平行时F为0
(3)单位： ，简称特，符号是 .
正比
正比
正比
ILB
无关
垂直
磁场力F
特斯拉
T
【深度思考】
(1)图中的探究实验应用了哪种物理学方法？
答　控制变量法.
答　不正确.公式B＝ 只是磁感应强度的定义式，磁场中某处的磁感应强度只与磁场本身有关，与该处是否放导线、导线所受磁场力以及导线的长度、通电电流大小均无关.
(2)据公式B＝ 知，磁场中某处的磁感应强度的大小与
通电导线在该处所受磁场力F成正比，与导线中的电流I
和导线长度L的乘积IL成反比，这种说法正确吗？为什么？
例 一小段通电导线，长为1 cm，导线中电流为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度B一定是
A.B＝2 T B.B≤2 T
C.B≥2 T D.以上情况都有可能
√
例.科考队进入某一磁矿区域后，发现水平放置的指南针原来指向正北的N极逆时针转过30°，如图所示，设该位置地磁场磁感应强度水平分量为B，则磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时的值为
√
例：在地球赤道上进行实验时，用磁传感器测得赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0.将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上，让N极指向正北方向，如图3所示，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1；现将条形磁铁以P点为轴旋转90°，使其N极指向正东方向，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度的大小应为为多大？(可认为地磁南、北极与地理北、南极重合)
磁感线
1.定义：用来形象描述磁场的 曲线.磁场真实存在，磁感线不存在
2.特点：
(1)磁感线的 表示磁场的强弱.
(2)磁感线上某点的 表示该点的磁感应强度方向.
(3)磁感线的方向：磁体外部从 极指向 极，磁体内部从 极指向 极.
(4)磁感线闭合而不相交，不相切
假想
疏密程度
切线方向
N
S
S
N
例　 关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A.磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
B.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向
都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
C.磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
D.两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交
√
磁感线与电场线的比较
比较项目 磁感线 静电场的电场线
相同点 方向 线上各点的切线方向就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱
特点 在空间不相交、不相切、不中断 除电荷所在点外，在空间不相交、不相切、不中断
不同点 闭合曲线 始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线
几种常见的磁场
1.直线电流的磁场
安培定则： 手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与 一致，弯曲的四指所指的方向就是 .这个规律也叫 .
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越 ，磁场越 右
电流方向
磁感线环绕的方向
右手螺旋定则
稀疏
弱
2.环形电流的磁场
环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：让 手弯曲的四指与 的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线 上磁感线的方向.
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
内部磁场比环外 ，磁感线越向外越 右
环形电流
轴线
强
稀疏
3.通电螺线管的磁场
通电螺线管是由许多匝 串联而成的.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管
磁场的方向.
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似_____ 磁铁，由 极指向 极 环形电流
内部
条形
N
S
磁体和电流都可以产生磁场，环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似？
答　环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁.
例　如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是(　　)
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向不同
√
方法点拨
磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则和三角形定则
匀强磁场和磁通量
1.匀强磁场
(1)定义：磁感应强度的 处处相同的磁场.
磁感线：间隔相同的 .
(2)实例：距离很近的两个平行的异名磁极间的磁场，相隔适当距离的两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场.
2.磁通量
(1)定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向 的平面面积S的 ，叫做穿过这个面积的 ，简称 .
大小、方向
平行直线
垂直
乘积
磁通量
磁通
(2)表达式： . 单位：韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2.
适用条件：① 磁场；②磁感线与平面 .不垂直则构造垂直
(3)说明：磁通量表示穿过某一平面的 ；若磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和).即若平面旋转180°磁通量变化了2BS
(4)引申：B＝ ，因此磁感应强度B又叫 .
Φ＝BS
匀强
垂直
磁感线条数
磁通密度
一般公式是什么？弄清楚夹角很关键
若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则合磁通量？
例 如图所示，线框面积为S，线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量的情况是
A.若从初始位置绕OO′转过180°角，磁通量的变化量为零
B.若从初始位置绕OO′转过90°角，磁通量的变化量为零
C.若使线框绕OO′转过60°角，磁通量为 BS
D.若使线框绕OO′转过30°角，磁通量为 BS
√

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