2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件12磁介质中的磁场(共24张PPT)
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高二物理竞赛磁场中的磁介质PPT(课件)
§8-8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
一、磁化强度
反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。
磁化强度：单位体积内所有分子磁矩的矢量
和 m 加上附加磁矩的矢量和 m，称为磁化
强度，用 M表示：
M m m V
磁化强度的单位：A/ m
磁化强度：M m m V
注意：对顺磁质 对抗磁质
(3)磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映， (4)由实验，对各向同性均匀磁介质，有
磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应；
并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。
三、磁化强度与磁化电流的联系 磁化面电流密度
设无限长直螺线管中充满均匀磁介质。设圆柱体长
为 L，截面积为 S，表面的磁化电流为 I S ，单位长度
质性质有关，是无单位的纯数。
m 0,顺磁质 m 0,抗磁质
(5)由
H
B
0
M 得
B0H0M
将 M代m入H上式得：
B0H0M0H0mH
01mH
令 1m r
则有
——适用于各
B0 rHH向同性磁介质
➢对真空、 导体，磁场 ： 由 M 0 , 所 于 B 0 H ,以 m 0 ,r 1
0 电流 I 由中心导体流入，由外面圆筒流出。
顺磁质分子(类有极分子)，每个分子的分子磁矩不为零，即分子磁矩
外磁场为零，磁化强度为零。
定义磁场强B度矢量 ： H M
0
有介质存在时的安培环路定理为
LHdl I
磁场强度 H沿任一闭合回路的环流，等于闭
合回路所包围并穿过的传导电流的代数和，而在 形式上与磁介质中磁化电流无关。
2R1 抗磁质：分子磁矩为0。
2020年高中物理竞赛辅导课件：电磁学(真空中的磁场)01磁现象(共19张PPT)
I
dB
Idl
r
dB
0 4
Idl
r
r3
——毕奥-萨伐尔定律
Idl ——电流元
0=410-7Tm/A——真空磁导率
(permeability of vacuum)
Note:
由毕-萨定律可导出运动电荷产生的
磁场：
v
q
r
B
B
0
qv r
4 r3
[推导] 载流导线：
q v S
v
电流：I=qnvS
[讨论] ①半无限长直导线
I orP
B 0I 4r
②无限长直导线
I orP
B 0I 2r
[例3-2] 圆电流轴线上的磁场
Idl
R
Io
x
dB
X
对称性
dBx
0 4
B
Idl 3
i
s
dBx
in
B
i04Isin2
dl
L
i04Isin2
2 R
0IR 2
2(R2 x2 )3/ 2
i
NS
⒉电流 磁铁
I
⒊电流 电流 I
I
磁现象的本质：
磁场1 运动电荷1
磁场2
磁场的描述：B, wm
运动电荷2
Байду номын сангаас
磁感应强度 磁能密度
§3.2毕奥-萨伐尔定律及其应用 (Biot-Savart Law and Its Application)
1.磁感应强度(magnetic field)
实验：
F
q vB
[例3-1]
一段直线电流的磁场
P点：各 dB方向相同()
高中物理竞赛专题：磁场 (共39张PPT)
时气体的流速为v0 。试求：有磁场存在时，此发电机的电动势。
R
B
b
l
a
二、磁力和力矩的计算
大学物理竞赛培训第五讲
例4 半径为R 的平面圆形线圈中载有电流I2，另一无限
长直导线AB 中载有电流I1。设AB通过圆心，并和圆形线
圈在同一平面内（如图）, 求圆形线圈所受的磁力.
y
B
dF
××
× × ××××
× × ××××
. ..... . ..... . .. .
解： dF = I2dl×B 由对称性 Fy = 0
dF dq I2dl
q I2
R
aI 1 x
×
dl =Rdq
B1
=
0I 1
共有N 匝。如图所示。设导线中通有电流I 。求：在
球心O处的磁感应强度。
解： dN = πN2dq
dB =
0Iy 2 2(x 2+y 2)3
2dN
y R dq
2Ro q
y x
B = π0RNI=π02πc0RNoIsc2qodsq2q=dq40RNI 思考：若变为旋转带电球面（体）呢？
x
y = Rcosq x = Rsinq
=
0 2r
(bNIa)dIr
B
==22((bb00NNIaIa))lanb
dr
br a
dr
r
PP..aa bb
dI NI
=
dr ba
思考：若将该平面沿直径折成直角呢？
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变3 如图，在均匀磁场B中有一总匝数为N的均匀密绕
平面螺旋线圈，其半径由a绕至b，并通有电流I 。求
R
B
b
l
a
二、磁力和力矩的计算
大学物理竞赛培训第五讲
例4 半径为R 的平面圆形线圈中载有电流I2，另一无限
长直导线AB 中载有电流I1。设AB通过圆心，并和圆形线
圈在同一平面内（如图）, 求圆形线圈所受的磁力.
y
B
dF
××
× × ××××
× × ××××
. ..... . ..... . .. .
解： dF = I2dl×B 由对称性 Fy = 0
dF dq I2dl
q I2
R
aI 1 x
×
dl =Rdq
B1
=
0I 1
共有N 匝。如图所示。设导线中通有电流I 。求：在
球心O处的磁感应强度。
解： dN = πN2dq
dB =
0Iy 2 2(x 2+y 2)3
2dN
y R dq
2Ro q
y x
B = π0RNI=π02πc0RNoIsc2qodsq2q=dq40RNI 思考：若变为旋转带电球面（体）呢？
x
y = Rcosq x = Rsinq
=
0 2r
(bNIa)dIr
B
==22((bb00NNIaIa))lanb
dr
br a
dr
r
PP..aa bb
dI NI
=
dr ba
思考：若将该平面沿直径折成直角呢？
一、磁感应强度的计算
大学物理竞赛培训第五讲
变3 如图，在均匀磁场B中有一总匝数为N的均匀密绕
平面螺旋线圈，其半径由a绕至b，并通有电流I 。求
2020年高中物理竞赛辅导课件★★磁场的能量(PPT)
I
不变。（单位长度上的自感
L
0
ln
d a
）
求：（1）当d→d’时，磁力做的功。 I
（2）磁能改变多少？增加？ 减少？说明能量来源？
I I
解：（1）根据
F
L
0
Idl
B
单位长度受力
F
IlB
I
0 I 2 r
A
d
d
F
dr
d
d
0I 2 2 r
dr
0I 2 2
ln
d d
>
0
r F
d d'
48
（2）磁能改变多少？
以热能形式散发：
Q
Ri 2dt
R( I
2e
2
R L
t
)dt
RI 2
e
2
R L
t
dt
0
1 LI 2 2
L R
i
i
R
e
Rt
L
42
二、磁能与磁能密度
由上可知，通有电流 I 的自感线圈中储能： W 1 LI 2 2
那么,Wm→磁场（ B、 H）,如何联系？
以长直螺线管为例
我们已知长直螺线管的自感为
在回路2的磁场储存的能量为
21
M21
di2 dt
W2
1 2
L2 I22
但此过程在回路1中产生了互感电动势
46
W1
1 2
L1I12
W2
1 2
L2 I22
21
M21
di2 dt
为保持I1不变,回路1的电源 要克服这个电动势作功:
12
A
21dq
高二物理竞赛课件：磁介质的磁场
也引起附加磁矩。但分子固有磁矩
pm 比电子附加磁矩的总和 Δpm 大得多，以致 Δpm 可以忽略不计。 这样，顺磁质在磁场中的磁化主要
是由于 pm 的取向作用所引起。 因此其附加磁场 B’ 与外磁场 Bo 方向一致。
二、介质中的安培环路定律
有介质时：
l
B .dl
=μ 0（ΣI
+
0
ΣI
’
）
而对传导电流部分 l B 0 .dl =μ 0Σ I0
[例3] 有一半圆形金属导线在匀强磁场中
作切割磁力线运动。已知：v ，B ，R 。
求：动生电动势。
. d = ( v ×B ) dl
ε . = v ×B dl cos (v ×B ，dl )
= vB sin900 dl cosθ
v ×B
dl
dθ θ
θv
R B
[例3] 有一半圆形金属导线在匀强磁场中
Φn
ε 绕 行方向 i L
Φn
ε 绕 行方向 i L
6. 动生电动势 非静电性电场的场强为：
++ + ++
v ×B
Ek=
fm e
= v×B
ε . i = l E k dl
. =
l
(
v×B
)
dl
εd i = ( v ×B ) . dl ε i =l ( v×B ) . dl
v
fm
方向指向d l 为正
磁介质的磁场
§2-2-7 磁介质的磁场 一、磁介质的磁化 1、磁化
由于物质的分子(或原子)中存在着运动 的电荷，所以当物质放在磁场中时，其中 的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处 于一种特殊的状态中，这种现象叫做磁化。
pm 比电子附加磁矩的总和 Δpm 大得多，以致 Δpm 可以忽略不计。 这样，顺磁质在磁场中的磁化主要
是由于 pm 的取向作用所引起。 因此其附加磁场 B’ 与外磁场 Bo 方向一致。
二、介质中的安培环路定律
有介质时：
l
B .dl
=μ 0（ΣI
+
0
ΣI
’
）
而对传导电流部分 l B 0 .dl =μ 0Σ I0
[例3] 有一半圆形金属导线在匀强磁场中
作切割磁力线运动。已知：v ，B ，R 。
求：动生电动势。
. d = ( v ×B ) dl
ε . = v ×B dl cos (v ×B ，dl )
= vB sin900 dl cosθ
v ×B
dl
dθ θ
θv
R B
[例3] 有一半圆形金属导线在匀强磁场中
Φn
ε 绕 行方向 i L
Φn
ε 绕 行方向 i L
6. 动生电动势 非静电性电场的场强为：
++ + ++
v ×B
Ek=
fm e
= v×B
ε . i = l E k dl
. =
l
(
v×B
)
dl
εd i = ( v ×B ) . dl ε i =l ( v×B ) . dl
v
fm
方向指向d l 为正
磁介质的磁场
§2-2-7 磁介质的磁场 一、磁介质的磁化 1、磁化
由于物质的分子(或原子)中存在着运动 的电荷，所以当物质放在磁场中时，其中 的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处 于一种特殊的状态中，这种现象叫做磁化。
高二物理竞赛：磁场磁感应强度课件(共21张PPT)
表示.
任1特一斯电拉流＝元1Id0l4在高给斯定（点1PT所＝产1生04的G磁S）感应强度dB的大小与电流元的大小成正比，与电流元和由电流元到P点的矢径r间的夹角的正弦成正比，而与电流元到P点的距离r的平方成反比.
磁感应强度的单位
1特斯拉＝104高斯（1T＝104GS）
三 磁通量
1.磁感线
规定：曲线上每一点的切线方 向就是该点的磁感应强度 B 的方向，
1）磁力的传递者是磁场
电流(或磁铁)
磁场
电流(或磁铁)
2
✓磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用
✓载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体作功，表明磁 场具有能量
磁场与电场一样、是客观存在的特殊形态的物质。
2.磁感应强度
Pm I0Sn
磁矩Pm是矢量，其方向与 线圈的法线方向一致，n表 示沿法线方向的单位矢量. 法线与电流流向成右螺旋系
16
讨论
1）若线圈有 N 匝
B
N 0IR2
（ 2 x2 R2）32
2）x0 B的方向不变(I 和B 成右螺旋关系
）
3）x0（在圆心处）
B
0I
2R
4）xR
B20IxR32
0 2
IR2
x3
R 2 S磁 矩 P m IS nB20IxS3n20Pxm 3
17
3.载流直螺线管内部的磁场
如图所示，螺线管的半径为R，总长度为L，单 位长度内的匝数为n. 计算此螺线管轴线上任一场点P 的磁感应强度B.
稳等定于平具衡 有位 单置 位时 磁的矩法的线试方验向线相圈同所；受磁到感 的应 最强 大度 磁的 力量 矩.值 (B1求☆磁(磁2磁22））的)磁极)：通圆场圆若性不方(盘量1盘与线：能)向的轴：圈的具分电垂磁线穿有离有磁的场矩直上能，过方矩一距P吸（于向磁m匝P引 正盘不样圆m.场铁负心变.电、中磁电(O流荷物是为某和可资平x客一的以(面F成曲观eP分、，右点面离存C螺处与o开的、在旋的圆）磁N关的磁i电）系力感特流的）线应一殊环总强种绕形数度特方态性B，；向的称构为物成穿质右过。螺该旋曲关面系的，磁沿通x量轴，正用方符向号.
磁场 PPT课件 课件24 人教课标版
•
8、真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。
•
9、永远不要逃避问题，因为时间不会给弱者任何回报。
•
10、评价一个人对你的好坏，有钱的看他愿不愿对你花时间，没钱的愿不愿意为你花钱。
•
11、明天是世上增值最快的一块土地，因它充满了希望。
•
12、得意时应善待他人，因为你失意时会需要他们。
•
•
70、当你的希望一个个落空，你也要坚定，要沉着！
•
71、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。
•
72、只要路是对的，就不怕路远。
•
73、如果一个人爱你、特别在乎你，有一个表现是他还是有点怕你。
•
74、先知三日，富贵十年。付诸行动，你就会得到力量。
•
75、爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。
（二）磁现象的电本质
1．安培的分子电 流假说：在原子、
分子等物质微粒的内 部，存在着一种环形 电流——分子电流。 分子电流使每个物质 微粒都成为微小的磁 体，它的两侧相当于 两个磁极。
磁铁的磁场和电流的磁场 都是由电荷的运动产生的。
（三）磁感线
为了描述磁场的强弱与方向，人们想象 在磁场中画出的一组有方向的曲线．
通电直导线
环形电流
通电螺线管
安培定则（右手螺旋定则）：
对直导线，四指指磁感线方向； 对环行电流，大拇指指中心轴线 上的磁感线方向；对长直螺线管 大拇指指螺线管内部的磁感线方 向。
（四）磁感应强度
磁感应强度 电场强度
物理意义 描述磁场的性质 描述电场的性 质
定义
在磁场中垂直于磁场方向放 在电场放一个电荷 一个通电直导线
2020年高中物理竞赛辅导课件(电磁学)磁场的能量(共16张PPT)
)22π
r
l
dr
I
=
μ I 2l
4π
ln( R 2 ) R1
r dr
计算自感的另一种方法：
因为
Wm
=
1 2
L
I
2
所以
L
=
பைடு நூலகம்
2Wm I2
[例2] 两个共轴圆线圈，半径分别为 R 及r ,匝数分别为N1和N2 ，相距为d ,设 r 很 小，则小线圈所在处的磁场可视为均匀的 ，
求两线圈的互感系数。（湖南名校联盟模拟）
22
I
l
Il
(a)
(b)
已知：l=20cm, b=10cm, N=100
求：(1) Ma , (2) Mb
解：(1)
B
=
m 2
0I px
I
Φ
= sB.dS
=
2b m 0 I
b 2px
.l dx
=
m0I l 2p
2b dx
bx
=
m0 2
I p
l
ln2
Ψ
=NΦ
=
m
0NI 2p
l
ln2
bb l
(a) bb 22
已知：R,r,d, N1 , N2 求：M
解：
B 1=
N 1m0I 1pR2 2 p (R2+d )2 3/2
Ψ 21
=N
2B
1S
=
N 2N 1m0I 1pR2 2 p (R2+d )2 3/2
pr
2
M
=
Ψ21
I1
=
m0N 2N 1pr 2R2 2 (R2+d )2 3/2
2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件(电磁学篇)09导体和电介质中的静电场(E电介质习题)(共13张PPT)
d.极化电荷电量为
q4R21r 1q0
----q’与q0反号，而且数值小于q0
[例5]两带等量异号电荷的导体板平行靠
近放置,电荷面密度分别为+和- ，板
间电压V0=300V。如保持两板电量不变， 将板间的一半空间充以相对介电系数
r=4的电介质,则板间电压为多少？介质
上下表面极化电荷面密度多大？
2020年
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
1
[例4]半径为R 的金属球带有正电荷q0， 置于一均匀无限大的电介质中(相对介
电常数为r)，求球外的电场分布，极化
电荷分布和极化电荷电量
解: 电场分布球对称性
q0 R
r
取半径为r并与金属球同心
的球面S为高斯面
D d S D 4r2
S
q0
D
q0
4 r
2
方向沿径向向外
或
D
q0
4
2
r
r0
a.电E介质D 中的电0D场r 分4布为q00rr2 r0
b.极P 化 强e r度r0为E 1 4q(r02r r01)04q0P0rr2nr q00
c.球与介质交界处，介质
R
表面的法向与该处极化强 r
度 的方 向P 相n 反 Prr 14qR 02
E0
V0
1
1'
11' D1
r
E1 D2
2
E2
2
解：设板面积为S，板间距离为d
a.未放电介质:板间场强大小和 S
1'
11'D1
r
E1 D2
2
E2
2
2020年高中物理竞赛辅导课件(电磁学基础篇)12磁场能量和位移电流(共17张PPT)
I
=
dq dt
=
d dt
s
2
D.
dS
=
dΦ e
dt
= s2
D t
.dS
上式的最左端是传导电流，若把最右端
电通量的时间变化率看作为一种电流，那么
电路就连续了。麦克斯韦把这种电流称为位
移电流。
I
d
=
dΦ e
dt
=
s
D t
.dS
=
sδ
d
.
dS
δd
=
D t
I
d
=
dΦ
dt
e
δd
=
D t
+q
Ic
+ +
+
+
+σ
dV = 2π r l dr
I
Wm
=V wmdV
=
V
12 μ
H
2dV
l
=
R2 R1
12 μ
(
I
2π r
)22π
r
l
dr
I
=
μ I 2l
4π
ln( R 2 ) R1
r dr
计算自感的另一种方法：
因为
Wm
=
1 2
L
I
2
所以
L
=
2Wm I2
麦克斯韦方程组 电磁场
位移电流
电流的连续性问题
R
包含有电阻、电感 I 线圈的电路是连续的。
流之和称为全电流。
2. 在电流非稳恒的电路中，安培环路定 律仍然正确。
3. 位移电流在产生磁场这一点上和传导
电流完全相同。并且
2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件(电磁学篇)09导体和电介质中的静电场(G电场的能量)(共13张PPT)
解：法1:电容储存能量的观点：
外力的功等于抽出
d
d'
铜板前后该电容器 电能的增量
1.抽出铜板前电容器电容为 C 0S
*极板上的电荷不变
dd
QC'U 0SU
d d
W' 1 Q2 1 0S U2
2 C' 2dd
2.抽出铜板后电容为 C'' 0S
d
W''
1 2
Q2 C''
12(d0Sdd)2U2
rR
E外410
Q r2
静电场的总能量为
W VwedV V 120E2dV 1 20R (4Q 0r2)24r2dr
1 Q2
80 R
[例8]空气平板电容器的极板面积为S，
极板间距为d，其中插入一块厚度为d’的
平行铜板。现在将电容器充电到电势差
为U，切断电源后再将铜板抽出。求抽
出铜板时外力所作的功
谢谢观看！
1E2
2
V
2单位体积的能量(电场能量密度)为
e
W V
1 E2
2
1 DE 2
3.任意电场中所储存的能量为
WVedV V
1 DEdV 2
讨论：
电场具有能量是电场物质性的一种表 现
[例7]真空中一个半径为R的薄球壳，其 上带有均匀分布的电荷Q，求静电场的 总能量
解：电场分布在球壳的外部空间
rR E内 0
AW '' W '12(d0Sdd)2U2
法2:电场是能量携带者的观点：
铜板抽出前后,空气中场强不变,即电场
能量密度不变，但电场存在的空间体积
高中物理竞赛-第三篇 电磁学：磁介质(共19张PPT)
说明：
1º当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就 达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中 原来的磁化强度，该值很大。
——这就是铁磁质磁性 r大的原因。
2º磁滞 现象是由于材料有杂质和内应力等的作用， 当撤掉外磁场时，磁畴的畴壁很难恢复到原来的 形状而表现出来。
3º当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列。在临界温度（相变温度Tc ）时，铁磁质完 全变成了顺磁质。居里点 Tc (Curie Point)
16
解：因管外磁场为零，取图示的回路
根据：
L H dl
Ii
L
B
ab H n ab I
B
I
...
a
b
× × × ×M
则：H nI 又：M
B
mH
or
H
nI
d
c nˆ
M
mH
(r 1)nI
i M nˆ
顺磁质 r 1，i || I
i (r 1)nI 抗磁质 r 1, i I
铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。
★ 交换力：电子之间的交换作用使其在自旋平行排列 时能量较低，这是一种量子效应。
★ 磁畴：原子间电子交换耦合作用
B
很强，使其自旋磁矩平行
排列形成磁畴
——自发的磁化区域。
★ 磁畴的变化可用金相显微镜观测
H =0
H
H↑
H↑↑
H H↑↑↑
自 0 自 0 自↑ (自)↗ 自 13
电磁元件的磁芯、磁棒。
B
(2) 硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金
矫顽力(Hc)大，剩磁Br大
HC
磁滞回线的面积大，损耗大。
适用于做永磁铁。
2020年高中物理竞赛(电磁学)稳恒磁场和电磁场的相对性(含真题)磁场 磁感应强度(共14张PPT)
分子电流
I n
N
S
电荷的运动是一切磁现象的根源。
运动电荷
磁场
磁场
对运动电荷有磁力作用
二、 磁感应强度
电流（或磁铁）
磁场 电流（或磁铁）
磁场对外的重要表现为：
1、磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力作 用2、载流导体在磁场中移动时，磁力将对载流导体作
功，表明磁场具有能量。
对线圈有：
磁矩
Pm I0Sn
Mmax I0S Mmax Pm
引入磁感应强度矢量
B
B Mmax Pm
B k Mmax k 1 Pm
B Mmax Pm
磁感应强度
大小: B Fmax q0v
方向: 小磁针在该点的N极指向 单位: T(特斯拉)
磁力 Fm
v +
B
1T 104G (高斯)
三、磁通量 磁场中的高斯定理
I0
n
法线方向的单位矢量 与电流流向成右旋关系
载流平面线圈 法线方向的规定
I0
磁场中某点处磁感应强度 的方向与该点处实验线圈在稳
B
2
定平衡位置时的正法线方向相 同；磁感应强度的量值等于具
n
有单位磁矩的实验线圈所受到
利用实验线圈定义B的图示 的最大磁力矩。
当实验线圈从平衡位置转过900 时，线圈所受磁力矩为最大。
表现为： 使小磁针偏转
4、通电线能使小磁针偏转； 5、磁体的磁场能给通电线以力的作用； 6、通电导线之间有力的作用； 7、磁体的磁场能给通电线圈以力矩作用； 8、通电线圈之间有力的作用； 9、天然磁体能使电子束偏转。
表现为：
相互吸引 排斥 偏转等
安培指出： 天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。
江苏省南京师范大学附属中学高中物理竞赛讲座课件：专题七 电磁感应 (共44张PPT)
圆盘空载转动形成感应电动势E， 当E＝E0＝IR0 时，i=0，磁力矩 为零，圆盘以ω 0匀速转动。
由（2）式得
1 2 E0 0 B ( a 2 a12 ) 2 2 IR0 0 2 B(a2 a12 )
（4 ） （5 ）
④输出最大机械功率的计算 有（负载）机械力时，由（1）、（2）式得
根据基尔霍夫第一定律，有 (3)
I aa I cc I1 I 2
I bb I dd I1 I 2
(4)
(5)
根据基尔霍夫第二定律，有
I1R I aa R I1R I bb R 2 1 I 2 R I dd R I 2 R I aa R 2 1
（8 ）
圆环所受安培力的总功率和（负载）机械力功率相等时，转动达到稳定， 则电动机输出的机械功率即
2 2 IR 1 1 B ( a a 1 2 2 2 0 2 1) － ]B(a2 a12 ) P iB(a2 a1 ) [ 2 2 R0 R 2 R R0
令
2 IR0 B(a2 a12 ) k1 2( R0 R)
f (t ) i(t ) B( x, t )l i(t ) B( x d , t )l 2 2
当kd=2nπ ，即
当kd=(2n+1)π ，即
例（A12）半径为 R 和 置， r 为
I
R
r
的两圆形电流环同心共面放
，小环中电流强度为
，大环中电流为
感应电动势
ε； 3、大环圆周上的切向感应（涡旋）电场强度 Ε
2 IR0 E IR0 1 B (a2 a12 ) i＝ － R0 R R0 R 2 R R0
高中物理磁现象磁场优秀课件
自感和互感现象的分析方法
通过计算线圈的自感系数和互感系数，结合法拉 第电磁感应定律和楞次定律进行分析。
05
交流电产生和描述方法
交流电产生原理及波形图表示
交流电产生原理
通过发电机中的线圈在磁场中旋转，使得线圈中的自由电子 受到洛伦兹力的作用，从而产生周期性的电动势和电流。
波形图表示
交流电的波形图通常以正弦波或余弦波表示，横轴表示时间 ，纵轴表示电流或电压的幅值。波形图的形状和周期反映了 交流电的频率和幅tents
目录
• 磁现象与磁场基本概念 • 电流与磁场关系探究 • 铁磁性物质在磁场中表现 • 电磁感应现象及其规律 • 交流电产生和描述方法 • 现代科技对磁现象应用
01
磁现象与磁场基本概念
磁性与磁极
01
02
03
04
磁性
物体能够吸引铁、钴、镍等物 质的性质。
磁极
的。所以磁感线不能相交。
磁场方向与强弱
磁场方向
规定小磁针静止时北极所指的方 向为该点的磁场方向。
磁场强弱
用磁感线的疏密程度来表示磁场 的强弱。磁感线越密集的位置磁 场越强；反之，磁场越弱。
02
电流与磁场关系探究
奥斯特实验及结论
奥斯特实验
当导线中通过电流时，导线周围的小 磁针会发生偏转，证明电流周围存在 磁场。
E=nΔΦ/Δt，其中E为感应电动势，n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为发生这个 变化所用的时间。
法拉第电磁感应定律的应用
用于计算感应电动势的大小，判断感应电流的方向。
楞次定律及其物理意义
楞次定律的内容
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律的物理意义
通过计算线圈的自感系数和互感系数，结合法拉 第电磁感应定律和楞次定律进行分析。
05
交流电产生和描述方法
交流电产生原理及波形图表示
交流电产生原理
通过发电机中的线圈在磁场中旋转，使得线圈中的自由电子 受到洛伦兹力的作用，从而产生周期性的电动势和电流。
波形图表示
交流电的波形图通常以正弦波或余弦波表示，横轴表示时间 ，纵轴表示电流或电压的幅值。波形图的形状和周期反映了 交流电的频率和幅tents
目录
• 磁现象与磁场基本概念 • 电流与磁场关系探究 • 铁磁性物质在磁场中表现 • 电磁感应现象及其规律 • 交流电产生和描述方法 • 现代科技对磁现象应用
01
磁现象与磁场基本概念
磁性与磁极
01
02
03
04
磁性
物体能够吸引铁、钴、镍等物 质的性质。
磁极
的。所以磁感线不能相交。
磁场方向与强弱
磁场方向
规定小磁针静止时北极所指的方 向为该点的磁场方向。
磁场强弱
用磁感线的疏密程度来表示磁场 的强弱。磁感线越密集的位置磁 场越强；反之，磁场越弱。
02
电流与磁场关系探究
奥斯特实验及结论
奥斯特实验
当导线中通过电流时，导线周围的小 磁针会发生偏转，证明电流周围存在 磁场。
E=nΔΦ/Δt，其中E为感应电动势，n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为发生这个 变化所用的时间。
法拉第电磁感应定律的应用
用于计算感应电动势的大小，判断感应电流的方向。
楞次定律及其物理意义
楞次定律的内容
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律的物理意义
高三物理竞赛 第十一章磁场中的磁介质 (共18张PPT)
分子电流
磁介质分子:
有固有磁矩——顺磁质
无固有磁矩——抗磁质
2.顺磁质的磁化
B0 0时 Pm 0
但由于分子的热运动， V内 Pm 0 B0 0时，Pm 受力矩作用 (M Pm B0 ), 使Pm转向B0方向
—— 产生与 B0同方向的 B —— B B0
L M dl Mab jS ab IS
M
磁化强度沿任一回路的环流， 等于穿过此回路的束缚电流 的代数和。IS与L环绕方向成 右旋者为正，反之为负。
a
d
b
l
c
§11-2有介质时的高斯定理和安培环路定理
一、有磁介质时的高斯定理 ' B0线和B线都是闭合线 B B0 B
第十一章
磁场中的磁介质
§11-1 磁 介 质 的 磁 化
一、简述
1.磁介质—凡处在磁场中与磁场发生相互作用的物质。 2.磁介质中的磁场 B0 : 传导电流在真空中的磁场
B0 B
B : 介质中的合磁场, B B0 B
B : 介质磁化所产生的附加磁场
II
I
E0
H 2 πR B
μ0
μ I
0
I
I
μI
rO
μ
H
R
r
2 πR
O
R R 在分界面上H 连续, B 不连续。
三、H、B、M三者的关系 实验证明： M m H
Xm—磁化率
顺磁质：m 0 只与介质性质有关的 抗磁质： 0 物理量，是个纯数。
m
由：H
B
0
M
B 0 (1 m ) H M m H B 0r H H μ r = 1+ m 而：
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如钴、铁、镍等
a.顺磁质和抗磁质: r值约为110-51
----弱磁性物质
b铁磁质： r>>1 ----强磁性物质
c.定义 mr 1 ----磁化率
d.顺磁质：m >0 e.抗磁质：m <0 f.铁磁质：m很大
二1.分.顺子磁固质有和磁抗矩磁p质m ：的分微子观中解所释有的电
子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和
2020年
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
12-1磁介质.顺磁质和抗磁质的磁化
一 .磁介质的分类 B0：真空中的磁感应强度 B' ：磁介质磁化而产生附加磁场
1.磁介质中的磁感应强度为
BB0B
2.定义
r
B B0
----相对磁导率
3.根据r的不同，磁介质分为三类： (1).顺磁质：r>1，即B>B0，这是因B 与 B0同向所致，如锰、铝、氧等 (2).抗磁质：r<1，即B<B0.这是因 B 与 B0反向所致，如铜、氢、硫等 (3).铁磁质：r>>1, 即B>>B0，这是 因B为 不但与B0 同向，且比B0大得多,
3.外加磁场
(1)磁场较弱：自发磁化方向与外磁场方 向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大， 反之则逐渐缩小(畴壁运动)
(2).磁场较强：缩小着的磁畴消失，
其它磁畴的磁化方向转向外场方向。
外场越强，转向越充分。所有磁畴
都沿外磁场方向排列时则达到饱和
磁化状态
----磁性很强
4.去除外磁场：分裂成许多磁畴。由 于掺杂和内应力等原因，磁畴之间 存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到 磁化前的杂乱排列状态
矩作用下转向外磁场方向排列。外磁 场越强，这样的排列越整齐
(加2)磁.呈场现B出 一个-与---外顺磁磁场性同产方生向的的机附理
(3)分子固有磁矩转向是产生顺磁性 的主要原因(分子附加磁矩可忽略不
12-2.磁化电流.磁化强度.磁介质中的磁场
一.磁介质中的安培环路定律
N
S
1.磁介质表面出现磁化电流
----表现出磁滞现象
5.T升高，分子热运动加剧。T>Tc时， 磁畴全部被破坏，铁磁质转为顺磁质
----存在居里点
THE END 祝大家竞赛顺利、学业有成
谢谢观看！
3 、天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感与其不透彻地理解许多事，不如理解的事不多，但都能彻底。 14. 有高水平的集体，才有高水平的个人。 24. 嘲讽是一种力量，消极的力量。赞扬也是一种力量，但却是积极的力量。 1 、意志力是人的一条救生索，它可以帮助我们脱离困境，引导我们走向胜利。 8 、一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。 12. 不为失败找理由，要为成功找方法。 4. 把容易题作对，难题就会变容易。 7. 努力造就实力，态度决定高度。 1 、伟大的力量存在于我们的内心。 4. 如果惧怕前面跌宕的山岩，生命就永远只能是死水一潭。 6. 很多事先天注定，那是;但你可以决定怎么面对，那是“运”! 10 、你战胜苦难，它就是你的财富;苦难战胜你，它就是你的屈辱。 6 、不管失败多少次，都要面对生活，充满希望。 1 、人生就像一口大锅，当你走到了锅底时，无论朝哪个方向走，都是向上的。最困难的时刻也许就是拐点的开始，改变一下思维方式就可能
R1
μr
I
解：作半径为r的圆周为积分回路L
1. r<R1：L回路中所包围的电流
I
I
R12
r
2
Hdl2rH I'
L
r2
R
2 1
I
H
r
2R12
I
B
0r 2R12
I
μr R 1 R 2
I I
Lr
2.R1< r <R2
：
H
I
Hdl 2rHI
L
B 0rI
r R1
R2
2r 2r I
3. r>R2
令 0r ----磁介质的磁导率
LBdlI
令 HB ----磁场强度
Hdl I 传导电流 L ----磁介质中的安培环路定理
H单位为安培/米(A/m)
二. B、 H 、 M 的关系
1.磁化强度：磁介质单位体积内分子
磁矩的M 矢量和p，m即
pm
V
23..顺抗磁磁质质：：附 固加 有磁 磁矩 矩ppmm可0忽略；
2.抗磁质分子顺磁质分子的区别：
无外磁场作用时，抗磁质分子的固有 磁矩为零，顺磁质分子的固有磁矩不 为零
3mL .抗e :磁电r质 子(的的m 微v轨)观道: 电解运子释动轨磁道矩
B0
me
M
L
运动角动量
a.外加磁场: 电子的轨道
运动受到磁力矩的作用
me B0
me
MmeB0 L
b. dt 时间内: L
LB d l0( IIs)
2.顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方 向一致，抗磁质则相反
3顺.B 以磁L B 2 充质d 满r的l 各螺0 向0 绕((N N 同环 性 为IIs均I例s ))匀IL0rN匝 r
因无磁介质时有 B02r0NI
r
B B0
NI Is NI
LB dl0(NIs)0rNI
4.在各向同性磁介质中实验有
M M m mH B
r
1
B
B
B
B
0r
0 0r
H
B 0 0 (H M )
[例16]半径为R1的无限长
圆柱导体( 0)，外有
一 半 径 为 R2 的 无 限 长 同
轴圆柱面，两者间充满 I
相对磁导率为r的均匀磁
介质。设电流I从圆柱体 中均匀流过并沿外圆柱 面流回。求磁场的分布
Hdl 2rH
L II 0 L
I
rL
H0 B0
磁场分布与圆柱导体中的电流满足右
手螺旋定则
§12t;>1：一般可达102
－104，最高可达106
2. 随H而变化，
即B与H之间是非 线性关系
B
BS
c
b
0a
起始磁化曲线
s
H
3.磁滞现象 Br: 剩余磁
感应强度 Hc:矫顽力
B Br
s
Hc
0
H
磁滞回线
4.铁磁质有一临界温度Tc---居里点 5.工作温度高于Tc时，铁磁质将丧失 其铁磁性而转化为顺磁质
二.铁磁质的微观解释 1.磁畴：相邻原子中的电子自旋磁矩
自发地平行排列，形成一个个小的 自发磁化区
2.无外磁场：各磁畴磁 化方向杂乱无章
----对外不显磁性
LMdt
M
me
c矩d..电一子个me产分生子--一的--与个附与B加0进磁反动矩向相p 应m的附加m 磁e
任一体积元中，大量分子的附加磁 矩矢量和与外磁场反向，产生与外磁 场方向相反的附加磁场
----抗磁性产生的机理
*附加磁矩是产生抗磁性的唯一原因
4.顺磁质的微观解释 (1).加外磁场后，固有磁矩pm 在磁力
a.顺磁质和抗磁质: r值约为110-51
----弱磁性物质
b铁磁质： r>>1 ----强磁性物质
c.定义 mr 1 ----磁化率
d.顺磁质：m >0 e.抗磁质：m <0 f.铁磁质：m很大
二1.分.顺子磁固质有和磁抗矩磁p质m ：的分微子观中解所释有的电
子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和
2020年
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
12-1磁介质.顺磁质和抗磁质的磁化
一 .磁介质的分类 B0：真空中的磁感应强度 B' ：磁介质磁化而产生附加磁场
1.磁介质中的磁感应强度为
BB0B
2.定义
r
B B0
----相对磁导率
3.根据r的不同，磁介质分为三类： (1).顺磁质：r>1，即B>B0，这是因B 与 B0同向所致，如锰、铝、氧等 (2).抗磁质：r<1，即B<B0.这是因 B 与 B0反向所致，如铜、氢、硫等 (3).铁磁质：r>>1, 即B>>B0，这是 因B为 不但与B0 同向，且比B0大得多,
3.外加磁场
(1)磁场较弱：自发磁化方向与外磁场方 向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大， 反之则逐渐缩小(畴壁运动)
(2).磁场较强：缩小着的磁畴消失，
其它磁畴的磁化方向转向外场方向。
外场越强，转向越充分。所有磁畴
都沿外磁场方向排列时则达到饱和
磁化状态
----磁性很强
4.去除外磁场：分裂成许多磁畴。由 于掺杂和内应力等原因，磁畴之间 存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到 磁化前的杂乱排列状态
矩作用下转向外磁场方向排列。外磁 场越强，这样的排列越整齐
(加2)磁.呈场现B出 一个-与---外顺磁磁场性同产方生向的的机附理
(3)分子固有磁矩转向是产生顺磁性 的主要原因(分子附加磁矩可忽略不
12-2.磁化电流.磁化强度.磁介质中的磁场
一.磁介质中的安培环路定律
N
S
1.磁介质表面出现磁化电流
----表现出磁滞现象
5.T升高，分子热运动加剧。T>Tc时， 磁畴全部被破坏，铁磁质转为顺磁质
----存在居里点
THE END 祝大家竞赛顺利、学业有成
谢谢观看！
3 、天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感与其不透彻地理解许多事，不如理解的事不多，但都能彻底。 14. 有高水平的集体，才有高水平的个人。 24. 嘲讽是一种力量，消极的力量。赞扬也是一种力量，但却是积极的力量。 1 、意志力是人的一条救生索，它可以帮助我们脱离困境，引导我们走向胜利。 8 、一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。 12. 不为失败找理由，要为成功找方法。 4. 把容易题作对，难题就会变容易。 7. 努力造就实力，态度决定高度。 1 、伟大的力量存在于我们的内心。 4. 如果惧怕前面跌宕的山岩，生命就永远只能是死水一潭。 6. 很多事先天注定，那是;但你可以决定怎么面对，那是“运”! 10 、你战胜苦难，它就是你的财富;苦难战胜你，它就是你的屈辱。 6 、不管失败多少次，都要面对生活，充满希望。 1 、人生就像一口大锅，当你走到了锅底时，无论朝哪个方向走，都是向上的。最困难的时刻也许就是拐点的开始，改变一下思维方式就可能
R1
μr
I
解：作半径为r的圆周为积分回路L
1. r<R1：L回路中所包围的电流
I
I
R12
r
2
Hdl2rH I'
L
r2
R
2 1
I
H
r
2R12
I
B
0r 2R12
I
μr R 1 R 2
I I
Lr
2.R1< r <R2
：
H
I
Hdl 2rHI
L
B 0rI
r R1
R2
2r 2r I
3. r>R2
令 0r ----磁介质的磁导率
LBdlI
令 HB ----磁场强度
Hdl I 传导电流 L ----磁介质中的安培环路定理
H单位为安培/米(A/m)
二. B、 H 、 M 的关系
1.磁化强度：磁介质单位体积内分子
磁矩的M 矢量和p，m即
pm
V
23..顺抗磁磁质质：：附 固加 有磁 磁矩 矩ppmm可0忽略；
2.抗磁质分子顺磁质分子的区别：
无外磁场作用时，抗磁质分子的固有 磁矩为零，顺磁质分子的固有磁矩不 为零
3mL .抗e :磁电r质 子(的的m 微v轨)观道: 电解运子释动轨磁道矩
B0
me
M
L
运动角动量
a.外加磁场: 电子的轨道
运动受到磁力矩的作用
me B0
me
MmeB0 L
b. dt 时间内: L
LB d l0( IIs)
2.顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方 向一致，抗磁质则相反
3顺.B 以磁L B 2 充质d 满r的l 各螺0 向0 绕((N N 同环 性 为IIs均I例s ))匀IL0rN匝 r
因无磁介质时有 B02r0NI
r
B B0
NI Is NI
LB dl0(NIs)0rNI
4.在各向同性磁介质中实验有
M M m mH B
r
1
B
B
B
B
0r
0 0r
H
B 0 0 (H M )
[例16]半径为R1的无限长
圆柱导体( 0)，外有
一 半 径 为 R2 的 无 限 长 同
轴圆柱面，两者间充满 I
相对磁导率为r的均匀磁
介质。设电流I从圆柱体 中均匀流过并沿外圆柱 面流回。求磁场的分布
Hdl 2rH
L II 0 L
I
rL
H0 B0
磁场分布与圆柱导体中的电流满足右
手螺旋定则
§12t;>1：一般可达102
－104，最高可达106
2. 随H而变化，
即B与H之间是非 线性关系
B
BS
c
b
0a
起始磁化曲线
s
H
3.磁滞现象 Br: 剩余磁
感应强度 Hc:矫顽力
B Br
s
Hc
0
H
磁滞回线
4.铁磁质有一临界温度Tc---居里点 5.工作温度高于Tc时，铁磁质将丧失 其铁磁性而转化为顺磁质
二.铁磁质的微观解释 1.磁畴：相邻原子中的电子自旋磁矩
自发地平行排列，形成一个个小的 自发磁化区
2.无外磁场：各磁畴磁 化方向杂乱无章
----对外不显磁性
LMdt
M
me
c矩d..电一子个me产分生子--一的--与个附与B加0进磁反动矩向相p 应m的附加m 磁e
任一体积元中，大量分子的附加磁 矩矢量和与外磁场反向，产生与外磁 场方向相反的附加磁场
----抗磁性产生的机理
*附加磁矩是产生抗磁性的唯一原因
4.顺磁质的微观解释 (1).加外磁场后，固有磁矩pm 在磁力