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物理电工电子类第一节 磁场 磁感应强度一等奖备课课件ppt
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这是一份物理电工电子类第一节 磁场 磁感应强度一等奖备课课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了情境与问题，主要内容，磁感线，磁感应强度，匀强磁场，磁通量，电流的磁场，观察与体验，地磁场，古人智慧等内容，欢迎下载使用。
天宫二号在超期服役的300多天里，开展了60余项空间科学实验和技术试验，其中就包含了磁性材料实验，那么什么是磁性材料？磁性材料有哪些？
天宫二号空间实验室自2016年9月15日发射入轨以来，先后与神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船完成4次交会对接，成功支持两名航天员在轨工作生活30天。
郑和下西洋600周年纪念邮票
指南针是我国古代的四大发明之一。早在春秋战国时代我国就有关于磁石的记载和描述，到了东汉时代就有了“司南”的记载，这是世界公认的最早的磁性指南工具。我国是最早在航海时使用指南针的国家。
第一节 磁场 磁感应强度
【思考与讨论】 这种机器是怎么工作的呢？
我们在初中已经学过，磁体有两个磁极：北（N）极和南（S）极。磁极之间会产生相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
图6-1-2 用铁屑显示出的磁极间的相互作用
磁场 跟电荷周围存在电场相似，磁体周围也存在一种看不见、摸不着，但可测量的特殊形态的物质，称为磁场。磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。
【思考与讨论】 磁体周围的磁场到底是什么样的呢？
磁铁上面玻璃板上细铁屑的排列形
将一块玻璃板水平地放在条形磁铁或U形磁铁上，在板面上均匀地撒一些细铁屑，然后轻敲玻璃板，细铁屑会由于震动而移动，最终呈现出一定的形状。
当细铁屑基本不再移动时，细铁屑呈现出 的曲线形状。
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，小磁针的指向如图所示。
图6-1-3 条形磁铁周围小磁针的偏转情况
物理学中规定，在磁场中的任何一点，可以自由转动的小磁针静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。
为了形象直观地描述磁体周围的磁场，法拉第提出了与电场线类似的方法，即用磁感线来描述磁场。
图6-1-5 磁感线的描绘方法
在磁场中画出一系列带箭头的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的磁场方向相同，如图所示，这些曲线就称为磁感线。
磁感线是用来描述磁场分布情况的带箭头的假想曲线，实际是 填入“存在”或“不存在”），是一种建立物理模型的方法。
磁铁外部的磁感线都是从N极发出，进入到S极，在空间不相交。
图6-1-6 磁体周围的磁感线分布示意图
这一现象早在十一世纪就由我国古代科学家沈括在《梦溪笔谈》中指出，原文为：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也.”这是科学史上最早对地磁偏角现象的正确描述。
地磁两极和地理两极并不重合
我国早在公元前3世纪的战国时期就已认识到磁石的指极性。《韩非子》中提到“先王立司南以端朝夕”。公元1世纪初东汉王充在《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这些文献表明司南是最早的指南针。
公元1044年的北宋时期，我国已发明了人工磁化方法，并造出了可以浮在水面上自由转动的指南鱼。我国著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中描述了指南装置的四种基本方法：水浮、置指爪、置碗唇、缕悬，其中以缕悬法的指向效果最好。沈括在研究指南工具过程中还发现了地磁偏角，他指出：磁针“常微偏东，不全南也”。这是磁学史上一个极其重要的发现，领先欧洲约400年。
我国古代科学家曾经创造了辉煌灿烂的中华文明，我们要学习和了解古代科技发展史，及其对世界文明史的贡献和影响，学习古代科学家的科学精神及其科学思想，增强民族自信，深刻理解我国坚持走科技自立自强之路的重要意义。
【行为与责任】弘扬科学精神
安培力 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作用力称为安培力。
图6-1-7 通电导线垂直于磁场时受到的安培力
实际上这一小段通电导线也是一种物理模型。
【思考与讨论】此处定义磁感应强度的方法是 定义法。
2.磁感应强度是矢量，它的方向就是该点的磁场方向。
1.磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱程度
【应用与拓展】超强磁场
超强磁场是指采用超导技术产生的5 T以上的磁场，同时也包括采用脉冲技术、混合磁体技术或超高功率电磁铁技术产生的超高强磁场。超强磁场是自然界没有的一种高能物理场，在这种高能场中，将发生许多奇特的现象。例如，非导磁的木材、水滴、塑料等物质在超强磁场中将悬浮起来；金属凝固过程中，晶粒将形成类似单晶的组织等。
匀强磁场 如果在磁场的某一区域内，各点的磁感应强度的大小和方向都相同，那么我们就把这个区域内的磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些疏密均匀、互相平行的直线。
图6-1-8 异名磁极磁场示意图
【思考与讨论】我们知道，为了形象地描述电场和磁场，科学家系统地提出了电场线和磁场线的概念，电场线的疏密可以描述电场的强弱。那么，磁感线的疏密可以描述 强弱。请与同学讨论，如何用物理量描述磁感线的疏密程度呢？
设在磁感应强度为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的乘积称为穿过该平面的磁通量，磁通量简称磁通，用符号Φ表示。磁通量用公式表示为Φ = BS磁通量是标量，它的国际单位制单位是Wb（韦）。
图6-1-9 穿过某平面的磁通量示意图
上式表明，磁感应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应强度称为磁通密度。
示例1 扬声器带有磁铁，若磁铁产生磁感应强度为0.5 T的匀强磁场，在磁场中有一个面积为0.02 m2的矩形线圈。当线圈的平面分别转到与磁场方向垂直和平行时，穿过该线圈的磁通量各是多少？
解 当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量为Φ = BS= 0.5×0.02 Wb = 0.01 Wb当线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零。
奥斯特实验 1820年，丹麦物理学家奥斯特偶然把导线放置在小磁针的上方，小磁针与导线平行，如图a所示。接通电源后，发现小磁针发生转动并转向垂直于导线方向。
奥斯特实验使人们认识到了电和磁之间的内在联系。
按照图6-1-11所示的装置进行实验，将一根直导线竖直穿过水平放置的硬纸板，在纸板上放置几个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变导线中电流的方向，观察小磁针N极指向的变化。
图6-1-11 通电直导线周围小磁针的指向
【观察与体验】 观察通电直导线周围的磁场方向
观察发现：当给导线通以向上的电流时，小磁针的N极都围绕导线指向 方向（填“逆时针”或“顺时针”）；当给导线通以向下的电流时，小磁针的N极都围绕导线指向 方向（填“逆时针”或“顺时针”）。
【思考与讨论】 与同学讨论交流小磁针N极的指向与电流方向之间有什么关系？
图6-1-12 安培定则（右手螺旋定则）
安培定则 安培通过实验归纳出：直线电流的磁感线是一系列与导线垂直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，四指自然弯曲，则四指所指的方向就是磁感线的绕行方向。这就是安培定则，也叫右手螺旋定则，如图6-1-12所示。
图6-1-13环形电流中心小磁针的指向
【观察与体验】观察环形电流中心的磁场方向
按照图6-1-13所示的装置进行实验，将一根导线弯成圆环，并竖直穿过水平放置的硬纸板，使圆环的上半部分在纸板上方。在环形电流中心轴线处的纸板上放置一个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变导线中电流的方向，观察小磁针N极指向的变化。
观察发现：当给导线通电后，小磁针的N极指向 ；当改变导线中电流的方向后，小磁针N极指向 。
【思考与讨论】 请与同学讨论，环形电流在中心轴线上产生的磁场方向。
图6-1-14 判断环形电流中心轴线上磁场方向
安培通过实验归纳出，环形电流中心轴线上的磁场方向，还可以这样判定：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场的方向，如图6-1-14所示。
【观察与体验】观察通电螺线管内外的磁场方向
图6-1-15 通电螺线管内外小磁针的指向
按图6-1-15所示的装置进行实验，将一根导线弯成螺旋状，竖直穿过水平放置的硬纸板，使其一半在纸板上，一半在纸板下。在纸板上螺线管内外放置几个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变通过螺线管中的电流方向，观察小磁针N极指向的变化。
观察发现：通电后，螺线管内部小磁针N极指向 ，外部小磁针N极指向 ；改变通过螺线管的电流方向，螺线管内部小磁针N极指向 ，外部小磁针N极指向 。
【思考与讨论】 请与同学讨论，判定螺线管内部磁场方向的方法是什么？
图6-1-16 判断通电螺线管磁场方向
安培通过实验归纳出，通电螺线管产生的磁场方向可以这样判定：握住螺线管，让右手弯曲的四指沿着电流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的N极。通电螺线管外的磁感线是由N极指向S极，在管内则是由S极指向N极，形成闭合曲线，如图6-1-16所示。
分子电流假说 安培为了解释磁铁为什么具有磁性的问题，根据环形电流及通电螺线管与条形磁铁的磁场相似这一特点，提出了分子电流假说：在铁分子内部存在一种环形电流——分子电流。分子电流使分子成为一个小磁体，分子两侧相当于两个磁极。
（a） （b）
图6-1-17 用分子电流假说解释磁现象
假说法就是在观察和实验的基础上，根据科学原理和事实进行理性思维，对未知的自然现象和规律所作的假定性解释和说明的方法。所假说的内容是否正确，还要通过实验或推理去验证。
在钢铁产品生产车间或废钢铁回收部门，经常可以见到的机器就是电磁起重机。它在接近钢铁制品时，接通电路，产生强大磁场，将钢铁吸起。运到目的地后，断开电路，磁场消失，将钢铁放下，如图6-1-1所示。
在安培所处的年代，人们还不了解原子的结构，因而不能解释物质微粒内部为什么会有电流，直到20世纪初人们才知道，物质的磁性是由原子内部电子的运动产生的。
图6-1-1 搬运钢铁制品的机器
【应用与拓展】电磁铁与电磁继电器
电磁铁 内部带有铁心的通电螺线管叫电磁铁。
电磁铁的应用：电报、电话、电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车等。
电磁继电器 为了避免直接操作高压电路的开关所造成的危险，可以用电磁铁制成的电磁继电器来实现低压弱电流控制高压强电流。电磁继电器是一种电子控制器件，如图6-1-18a所示，通常应用于自动控制电路中，实现“自动开关”功能。
(a) (b)
图6-1-18 电磁继电器的外观及内部结构示意图
天宫二号在超期服役的300多天里，开展了60余项空间科学实验和技术试验，其中就包含了磁性材料实验，那么什么是磁性材料？磁性材料有哪些？
天宫二号空间实验室自2016年9月15日发射入轨以来，先后与神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船完成4次交会对接，成功支持两名航天员在轨工作生活30天。
郑和下西洋600周年纪念邮票
指南针是我国古代的四大发明之一。早在春秋战国时代我国就有关于磁石的记载和描述，到了东汉时代就有了“司南”的记载，这是世界公认的最早的磁性指南工具。我国是最早在航海时使用指南针的国家。
第一节 磁场 磁感应强度
【思考与讨论】 这种机器是怎么工作的呢？
我们在初中已经学过，磁体有两个磁极：北（N）极和南（S）极。磁极之间会产生相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
图6-1-2 用铁屑显示出的磁极间的相互作用
磁场 跟电荷周围存在电场相似，磁体周围也存在一种看不见、摸不着，但可测量的特殊形态的物质，称为磁场。磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。
【思考与讨论】 磁体周围的磁场到底是什么样的呢？
磁铁上面玻璃板上细铁屑的排列形
将一块玻璃板水平地放在条形磁铁或U形磁铁上，在板面上均匀地撒一些细铁屑，然后轻敲玻璃板，细铁屑会由于震动而移动，最终呈现出一定的形状。
当细铁屑基本不再移动时，细铁屑呈现出 的曲线形状。
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，小磁针的指向如图所示。
图6-1-3 条形磁铁周围小磁针的偏转情况
物理学中规定，在磁场中的任何一点，可以自由转动的小磁针静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。
为了形象直观地描述磁体周围的磁场，法拉第提出了与电场线类似的方法，即用磁感线来描述磁场。
图6-1-5 磁感线的描绘方法
在磁场中画出一系列带箭头的曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的磁场方向相同，如图所示，这些曲线就称为磁感线。
磁感线是用来描述磁场分布情况的带箭头的假想曲线，实际是 填入“存在”或“不存在”），是一种建立物理模型的方法。
磁铁外部的磁感线都是从N极发出，进入到S极，在空间不相交。
图6-1-6 磁体周围的磁感线分布示意图
这一现象早在十一世纪就由我国古代科学家沈括在《梦溪笔谈》中指出，原文为：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也.”这是科学史上最早对地磁偏角现象的正确描述。
地磁两极和地理两极并不重合
我国早在公元前3世纪的战国时期就已认识到磁石的指极性。《韩非子》中提到“先王立司南以端朝夕”。公元1世纪初东汉王充在《论衡》中记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这些文献表明司南是最早的指南针。
公元1044年的北宋时期，我国已发明了人工磁化方法，并造出了可以浮在水面上自由转动的指南鱼。我国著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中描述了指南装置的四种基本方法：水浮、置指爪、置碗唇、缕悬，其中以缕悬法的指向效果最好。沈括在研究指南工具过程中还发现了地磁偏角，他指出：磁针“常微偏东，不全南也”。这是磁学史上一个极其重要的发现，领先欧洲约400年。
我国古代科学家曾经创造了辉煌灿烂的中华文明，我们要学习和了解古代科技发展史，及其对世界文明史的贡献和影响，学习古代科学家的科学精神及其科学思想，增强民族自信，深刻理解我国坚持走科技自立自强之路的重要意义。
【行为与责任】弘扬科学精神
安培力 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作用力称为安培力。
图6-1-7 通电导线垂直于磁场时受到的安培力
实际上这一小段通电导线也是一种物理模型。
【思考与讨论】此处定义磁感应强度的方法是 定义法。
2.磁感应强度是矢量，它的方向就是该点的磁场方向。
1.磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱程度
【应用与拓展】超强磁场
超强磁场是指采用超导技术产生的5 T以上的磁场，同时也包括采用脉冲技术、混合磁体技术或超高功率电磁铁技术产生的超高强磁场。超强磁场是自然界没有的一种高能物理场，在这种高能场中，将发生许多奇特的现象。例如，非导磁的木材、水滴、塑料等物质在超强磁场中将悬浮起来；金属凝固过程中，晶粒将形成类似单晶的组织等。
匀强磁场 如果在磁场的某一区域内，各点的磁感应强度的大小和方向都相同，那么我们就把这个区域内的磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些疏密均匀、互相平行的直线。
图6-1-8 异名磁极磁场示意图
【思考与讨论】我们知道，为了形象地描述电场和磁场，科学家系统地提出了电场线和磁场线的概念，电场线的疏密可以描述电场的强弱。那么，磁感线的疏密可以描述 强弱。请与同学讨论，如何用物理量描述磁感线的疏密程度呢？
设在磁感应强度为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的乘积称为穿过该平面的磁通量，磁通量简称磁通，用符号Φ表示。磁通量用公式表示为Φ = BS磁通量是标量，它的国际单位制单位是Wb（韦）。
图6-1-9 穿过某平面的磁通量示意图
上式表明，磁感应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应强度称为磁通密度。
示例1 扬声器带有磁铁，若磁铁产生磁感应强度为0.5 T的匀强磁场，在磁场中有一个面积为0.02 m2的矩形线圈。当线圈的平面分别转到与磁场方向垂直和平行时，穿过该线圈的磁通量各是多少？
解 当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量为Φ = BS= 0.5×0.02 Wb = 0.01 Wb当线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零。
奥斯特实验 1820年，丹麦物理学家奥斯特偶然把导线放置在小磁针的上方，小磁针与导线平行，如图a所示。接通电源后，发现小磁针发生转动并转向垂直于导线方向。
奥斯特实验使人们认识到了电和磁之间的内在联系。
按照图6-1-11所示的装置进行实验，将一根直导线竖直穿过水平放置的硬纸板，在纸板上放置几个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变导线中电流的方向，观察小磁针N极指向的变化。
图6-1-11 通电直导线周围小磁针的指向
【观察与体验】 观察通电直导线周围的磁场方向
观察发现：当给导线通以向上的电流时，小磁针的N极都围绕导线指向 方向（填“逆时针”或“顺时针”）；当给导线通以向下的电流时，小磁针的N极都围绕导线指向 方向（填“逆时针”或“顺时针”）。
【思考与讨论】 与同学讨论交流小磁针N极的指向与电流方向之间有什么关系？
图6-1-12 安培定则（右手螺旋定则）
安培定则 安培通过实验归纳出：直线电流的磁感线是一系列与导线垂直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，四指自然弯曲，则四指所指的方向就是磁感线的绕行方向。这就是安培定则，也叫右手螺旋定则，如图6-1-12所示。
图6-1-13环形电流中心小磁针的指向
【观察与体验】观察环形电流中心的磁场方向
按照图6-1-13所示的装置进行实验，将一根导线弯成圆环，并竖直穿过水平放置的硬纸板，使圆环的上半部分在纸板上方。在环形电流中心轴线处的纸板上放置一个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变导线中电流的方向，观察小磁针N极指向的变化。
观察发现：当给导线通电后，小磁针的N极指向 ；当改变导线中电流的方向后，小磁针N极指向 。
【思考与讨论】 请与同学讨论，环形电流在中心轴线上产生的磁场方向。
图6-1-14 判断环形电流中心轴线上磁场方向
安培通过实验归纳出，环形电流中心轴线上的磁场方向，还可以这样判定：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场的方向，如图6-1-14所示。
【观察与体验】观察通电螺线管内外的磁场方向
图6-1-15 通电螺线管内外小磁针的指向
按图6-1-15所示的装置进行实验，将一根导线弯成螺旋状，竖直穿过水平放置的硬纸板，使其一半在纸板上，一半在纸板下。在纸板上螺线管内外放置几个小磁针，观察通电后小磁针N极所指的方向；改变通过螺线管中的电流方向，观察小磁针N极指向的变化。
观察发现：通电后，螺线管内部小磁针N极指向 ，外部小磁针N极指向 ；改变通过螺线管的电流方向，螺线管内部小磁针N极指向 ，外部小磁针N极指向 。
【思考与讨论】 请与同学讨论，判定螺线管内部磁场方向的方法是什么？
图6-1-16 判断通电螺线管磁场方向
安培通过实验归纳出，通电螺线管产生的磁场方向可以这样判定：握住螺线管，让右手弯曲的四指沿着电流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的N极。通电螺线管外的磁感线是由N极指向S极，在管内则是由S极指向N极，形成闭合曲线，如图6-1-16所示。
分子电流假说 安培为了解释磁铁为什么具有磁性的问题，根据环形电流及通电螺线管与条形磁铁的磁场相似这一特点，提出了分子电流假说：在铁分子内部存在一种环形电流——分子电流。分子电流使分子成为一个小磁体，分子两侧相当于两个磁极。
（a） （b）
图6-1-17 用分子电流假说解释磁现象
假说法就是在观察和实验的基础上，根据科学原理和事实进行理性思维，对未知的自然现象和规律所作的假定性解释和说明的方法。所假说的内容是否正确，还要通过实验或推理去验证。
在钢铁产品生产车间或废钢铁回收部门，经常可以见到的机器就是电磁起重机。它在接近钢铁制品时，接通电路，产生强大磁场，将钢铁吸起。运到目的地后，断开电路，磁场消失，将钢铁放下，如图6-1-1所示。
在安培所处的年代，人们还不了解原子的结构，因而不能解释物质微粒内部为什么会有电流，直到20世纪初人们才知道，物质的磁性是由原子内部电子的运动产生的。
图6-1-1 搬运钢铁制品的机器
【应用与拓展】电磁铁与电磁继电器
电磁铁 内部带有铁心的通电螺线管叫电磁铁。
电磁铁的应用：电报、电话、电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车等。
电磁继电器 为了避免直接操作高压电路的开关所造成的危险，可以用电磁铁制成的电磁继电器来实现低压弱电流控制高压强电流。电磁继电器是一种电子控制器件，如图6-1-18a所示，通常应用于自动控制电路中，实现“自动开关”功能。
(a) (b)
图6-1-18 电磁继电器的外观及内部结构示意图
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