静磁场电感与磁能解读
初中物理磁学知识点梳理
初中物理磁学知识点梳理磁学是物理学中的一个重要分支，研究物质间相互作用的磁性现象。
初中物理教育中，磁学是一个重要的知识领域。
本文将对初中物理中的磁学知识点进行详细的梳理与介绍，包括磁性、磁场、电磁感应等方面的内容。
首先，我们来介绍一下磁性的基本概念。
磁性是物质具有被磁场作用而受到吸引或排斥的能力。
在初中物理中，我们学习到了几种常见的磁性物质，分别是铁、镍、钴和磁铁等。
而无法被磁场吸引的物质则被称为非磁性物质，如塑料、橡胶等。
接下来，我们将重点介绍磁场的相关知识。
磁场是指磁物质或电流产生的一种特殊的物理场。
根据磁场的特点，我们可以将其分为两种类型：自然磁场和人工磁场。
自然磁场是地球本身所拥有的磁场，它具有指向北极的特点。
人工磁场是人类制造的磁场，如电磁铁和永磁体等。
磁场的特征主要包括磁力线和磁场强度。
磁力线是磁场中用来表示磁场方向和强度的一种图示方法。
磁力线从磁南极指向磁北极，形状呈现出一种闭合的环状。
而磁场强度则是表示单位面积上的磁力线数目，用B来表示。
磁场强度的大小决定了磁场的强弱。
在初中物理学中，我们还学习到了磁场与电流之间的相互作用，即电磁感应。
电磁感应是指磁场和电流之间相互作用的现象。
主要包括静电感应和动电感应两个方面。
静电感应是指当一个磁场的变化穿过一根线圈时，在线圈中感应出电动势和电流。
动电感应是指当一根导体在磁场中运动时，在导体中也会感应出电动势和电流。
电磁感应的重要应用之一是发电机的工作原理。
发电机通过转动导线圈在磁场中的运动，使导线圈中感应出电动势和电流。
这样就实现了将机械能转化为电能的过程。
发电机的工作原理是很多电力设备和电子设备运行的基础。
此外，在初中物理中，还学习了电磁吸铁石和电磁铁的原理。
电磁吸铁石是由铁芯和绕在铁芯周围的线圈组成。
当电流通过线圈时，产生的磁场能够使铁芯具有很强的吸附力，从而实现吸附物体的目的。
而电磁铁是由大量的线圈组成的，通过控制通过线圈的电流来调节磁场强度，从而实现吸附和释放物体的功能。
磁场中的磁感应与磁场能
磁场中的磁感应与磁场能磁感应和磁场能作为电磁学中重要的概念，在物理学、电磁学、电力工程等领域中具有广泛的应用。
磁感应是指磁场对于磁体的影响程度，而磁场能则是指磁场具有的能量形式。
本文将从磁感应和磁场能的定义、公式推导、磁场能的计算及应用等方面进行论述。
一、磁感应的定义和公式推导磁感应是指磁场对于磁体的影响程度，它由物理学家法拉第首次提出并给予了准确的定义。
根据法拉第的实验结果，他得出了磁感应的公式B=μH，其中B代表磁感应强度，μ代表磁性介质的磁导率，H代表磁场强度。
该公式表明磁感应强度与磁场强度成正比，磁导率则决定了磁感应强度的大小。
二、磁场能的定义和计算磁场能是指磁场所蕴含的能量形式，它是由电流所激发的磁场在空间中所具有的能量。
磁场能可以通过以下公式进行计算：E=(1/2)LI^2，其中E代表磁场能，L代表线圈的电感，I代表通过线圈的电流。
该公式表明，磁场能与线圈的电感和电流的平方成正比。
三、磁感应与磁场能的关系根据安培定律，磁场感应强度与电流之间存在直接的关系。
当电流通过领域线圈时，会激发出磁场，磁场又会影响线圈中的电流。
因此，磁感应和磁场能之间存在着密切的联系。
磁感应可以被看作是磁场能的观测指标，而磁场能则是磁感应能够实现的物理效应。
四、磁感应和磁场能的应用磁感应和磁场能在电磁学和电力工程中具有广泛的应用。
在电磁感应中，磁场的变化可以通过电流感应产生电动势，实现电能转化。
在电力工程中，电感与电容共同构成LC振荡电路，实现对电能的储存和传输。
此外，磁感应还应用于电磁感应测量、电子设备等领域。
总结：磁感应和磁场能是电磁学中的重要概念，它们的理论和应用对于理解和掌握电磁现象具有重要意义。
磁感应描述了磁场对磁体的影响程度，而磁场能表示磁场所蕴含的能量形式。
两者之间密切相关，相互影响。
磁感应和磁场能在电磁学和电力工程中有广泛的应用，对于实际生活和科学研究都具有重要价值。
通过对磁感应和磁场能的深入研究，能够更好地理解电磁学的基本原理和现象，为相关应用提供理论指导。
电动力学静磁场解读45页PPT
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
电动力学静磁场解读
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
Hale Waihona Puke •47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
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静磁场与磁场能量计算
静磁场与磁场能量计算磁场是我们日常生活中常常遇到的物理现象之一。
它可以通过静磁场来描述，即指在不随时间变化的情况下，磁场的分布和性质。
磁场能量计算是研究静磁场中能量分布和变化的重要方法之一。
本文将探讨静磁场的基本概念以及磁场能量计算的方法。
首先，我们来了解一下静磁场的基本概念。
静磁场是指在不随时间变化的情况下，磁场的分布和性质。
它由磁场强度（B）和磁感应强度（H）来描述。
磁场强度是指单位面积上垂直于磁场方向的磁力线数目，而磁感应强度是指单位面积上垂直于磁场方向的磁通量。
磁场强度和磁感应强度之间的关系可以通过麦克斯韦方程组来描述，其中包括安培定律和高斯定律等。
在静磁场中，磁场能量是磁场具有的能量形式，它与磁场的分布和性质密切相关。
磁场能量的计算可以通过磁场能量密度和体积分布来实现。
磁场能量密度是指单位体积内的磁场能量，可以通过磁场强度和磁感应强度来计算。
具体而言，磁场能量密度可以表示为：W = (1/2) * B * H其中W表示磁场能量密度，B表示磁场强度，H表示磁感应强度。
磁场能量密度的计算可以通过对磁场强度和磁感应强度的积分来实现。
通过对整个空间内的磁场强度和磁感应强度进行积分，可以得到磁场的总能量。
除了磁场能量密度的计算，我们还可以通过磁场能量的体积分布来研究磁场的能量变化。
磁场能量的体积分布是指磁场能量在空间中的分布情况。
磁场能量的体积分布可以通过对磁场能量密度在空间中的积分来实现。
具体而言，磁场能量的体积分布可以表示为：W = ∫∫∫ (1/2) * B * H * dV其中W表示磁场能量，B表示磁场强度，H表示磁感应强度，dV表示体积元。
通过对整个空间内的磁场强度和磁感应强度进行积分，可以得到磁场的总能量。
磁场能量的计算对于研究磁场的性质和应用具有重要意义。
通过磁场能量的计算，我们可以了解磁场的能量分布和变化情况，进而研究磁场对物体的作用和相互作用。
例如，在电磁感应中，磁场能量的变化可以导致电场的产生和变化，从而产生感应电流和电动势。
物理九年级电磁学知识点
物理九年级电磁学知识点电磁学是物理学中的重要分支，研究电荷、电场、电流、磁场以及它们之间的相互作用。
在九年级物理学中，我们需要了解一些基本的电磁学知识点。
下面，我们来逐一介绍这些知识点。
1. 电荷和静电- 电荷的性质：电荷的基本单位是库仑(C)，具有正电荷和负电荷两种属性。
- 静电现象：物体通过摩擦、感应或者分离等方式获得电荷，这种电荷不流动且会产生静电现象。
2. 电场和电场力- 电场的概念：电场是由电荷产生的一种物理现象，可以用于描述空间中电荷的影响范围。
- 电荷在电场中的行为：电场对带电粒子会产生电场力，力的大小和方向由电场强度和电荷性质决定。
3. 电流和电路- 电流的定义和表示：电流是电荷的流动，通常用单位时间内通过导体截面的电荷量来表示。
- 电流的方向和大小：电流的方向由正电荷流动的方向决定，大小与通过导体的电荷量和时间相关。
4. 磁场和磁力- 磁场的概念和特性：磁场是由磁荷或电流产生的一种物理现象，可以对带磁性物体产生作用。
- 磁场的测量和表示：磁场可以通过磁力线来表示，磁力线从北极指向南极，描述磁场的强度和方向。
5. 电磁感应和法拉第电磁感应定律- 电磁感应的概念：当导体中的磁通量发生改变时，会在导体中产生感应电动势。
- 法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，并与导线的数量和线圈的匝数相关。
6. 电磁感应应用- 电动机和发电机：电动机将电能转换为机械能，发电机将机械能转换为电能。
- 变压器和感应炉：变压器利用电磁感应原理调整电压，感应炉利用感应效应将电能转换为热能。
总结：九年级的电磁学知识点包括电荷和静电、电场和电场力、电流和电路、磁场和磁力、电磁感应和法拉第电磁感应定律以及电磁感应的应用。
了解这些知识点可以帮助我们理解电磁现象的产生和相互作用方式，为进一步学习电磁学打下基础。
从这些基础知识出发，我们可以更深入地了解电磁波、电磁辐射等更高级的电磁学内容。
电磁学13-磁场能,电感
S
Bv
– – –
截取高h的小段柱面，面电流密度为j,
感应电动势dt时间做功为：
电流由零变化到I，总功为
dwi = −iS ⋅
面内B：B =
dB = − μ0Si di
h
μ0
j
=
μ0
i h
∫ h
i = jh
r
wi
=
−
I 0
μ0S
h
idi
=−
μ0I 2S
2h
<
0
感应电动势做负功意 味着磁场能量增加
j
–的I假为设0时，磁以场W能m表量示为磁0是场合能理量：Wm
做功；电势能
感应电动势是负的，对电荷做负
转化为热能
功即电源克服感应电动势做功
dwi = εiidt = − dϕ idt = −idϕ
dt
电源做功效果是克服感应电流的阻碍，使线 圈中的磁场从无到有增强；则合理的解释是 这部分功所消耗的电源能量转移到了磁场
中，形成“磁场能”
磁场能量密度
• 无限长柱面环流为例，验证磁场能量密度公式：
– 理想自感器模型：没有电阻效应、电容效应，只有 自感效应(自感电动势)的自感器。也不考虑电路其
他部分电流在自感器中的磁场变化带来的电磁感应。
• 电路方程：端电压uL和电流i的关系的方程
– 注意：在似稳条件下讨论。
i – 注意：电路规定统一的正方向，适用于i ，ε，uL
A – uL：电感的两端的电势差。因自感器中有自感电动
L 势，故两端存在电压，则易知uL和ε大小相等。
B
– 又规因定u下L和，ε必实有际：的uL方=向−必ε然相反，在正方向相同的
–
科普电能与磁能电磁感应和电磁场的原理
科普电能与磁能电磁感应和电磁场的原理科普电能与磁能：电磁感应和电磁场的原理电能和磁能是我们日常生活中常见的能量形式，它们在电磁感应和电磁场中具有重要意义。
本文将简要介绍电磁感应和电磁场的原理，以加深对电能和磁能的理解。
一、电磁感应的原理1. 引言电磁感应是指当一个导体受到磁场变化的影响时，会在其内部产生感应电流或感应电动势。
这是法拉第电磁感应定律的基本原理。
2. 磁通量磁通量是指通过一个平面或曲面的磁场总量。
通常用Φ表示，单位是韦伯（Wb）。
3. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律表明，当闭合电路中的磁通量发生变化时，电路中将会产生感应电动势（即感应电压），使得电流流经电路。
感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
4. 磁感应强度磁感应强度是指磁场对单位面积的作用力。
单位是特斯拉（T）。
5. 感应电流的方向根据楞次定律，感应电流的方向总是使得产生它的磁通量减小。
也就是说，当磁场增强时，感应电流的方向与外磁场相反，反之亦然。
二、电磁场的原理1. 引言电磁场是电荷和电流造成的电场和磁场的联合体。
它们相互作用，形成了一个统一的电磁场。
2. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本定律。
其中包括四个方程：麦克斯韦方程组将电场和磁场联系在一起，揭示了电磁波的存在和传播。
3. 电场和磁场的相互作用电场和磁场的相互作用可以通过洛伦兹力来描述。
当电荷在电场中运动时，会受到电场力的作用；而电流在磁场中运动时，则会受到磁场力的作用。
4. 电磁波的产生和传播电磁波是电磁场的一种传播方式，是由变化的电场和磁场相互激发而产生的。
电磁波在真空中以光速传播，是一种横波。
三、电能与磁能的转换1. 电能与磁能之间的转换电能和磁能可以相互转换。
当电流通过线圈时，会在线圈内产生磁场，将电能转换为磁能；反之，当磁场通过线圈时，会在线圈内产生感应电流，将磁能转换为电能。
2. 变压器的原理变压器是利用电磁感应原理来实现电能转换的重要设备。
静磁场的名词解释
静磁场的名词解释静磁场，是一种不随时间变化的磁场。
在自然界中，存在着各种各样的磁场，其中静磁场是一种常见而重要的存在。
接下来，我们将对静磁场进行详细的解释。
磁场是由磁物质产生的一种力场。
当物体具有磁性时，它就会生成一个磁场。
磁场可以用磁力线表示，磁力线在空间中形成了一种特定的分布形态。
静磁场是指在某一时刻不随时间变化的磁场。
那么，静磁场有何特点呢？首先，静磁场是一个矢量场，即在空间中的每一点都有一个大小和方向。
这个大小和方向受到磁场的源头（磁矩）以及位置的影响。
其次，静磁场满足安培环路定理，也就是说在一个封闭的回路上，磁场的环线积分为零。
最后，静磁场的另一个重要特征是磁场的散度为零，即静磁场没有磁单极子。
在理解静磁场的基础上，我们可以进一步探讨它的产生机制。
在物理学中，磁场的产生与电荷的运动密切相关。
当电荷运动时，就会产生电流，而电流产生了磁场。
根据安培定律，可以得知：电流元素产生的磁场与其位置有关，与电流元素和观察点的位置关系有关。
这种磁场称为位磁场。
通过积分位磁场，我们可以得到静磁场。
除了电流产生的静磁场外，还有一种特殊的磁场存在，那就是磁矩产生的磁场。
在物体中，如果存在磁矩，就会产生一个磁场。
磁矩是一个物体在外磁场中的磁力矩与该磁场强度的比值。
磁矩的大小和方向都对静磁场有影响，它决定了磁场在某一点的强度和方向。
可以说，静磁场是磁场中的一种常见形态，它广泛应用于实际生活和科学研究中。
例如，电磁感应、电动机、磁共振成像等都与静磁场密切相关。
在实际应用中，通过对静磁场的研究和控制，可以实现许多方便和有益的效果。
静磁场的研究不仅有助于我们了解自然界的基本规律，而且对于现代科学技术的发展也具有重要作用。
通过对静磁场的理解和利用，我们可以设计出更高效、更安全的电子设备，可以更好地利用磁性材料，可以研发出更先进的医学成像技术等等。
静磁场的研究还直接涉及到电磁学、材料科学、生物医学等领域的发展，为我们的日常生活和科研工作提供了一定的实用性。
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同轴电缆截面
H3 0
R2
磁能为：
Wm
1 2
1
H BdV
V
2
V 0H 2dV
0
2
R1 0
H12l
2d
R2 R1
H
22l
2d
0I 2l 4
1 4
ln
R2 R1
自感为：
L 2Wm / I 2
0l 2
1
4
ln
R2 R1
5.8.3 磁场力
① 运动电荷受的磁场力——洛仑兹力
df dq(v B) dV (v B)
J BdV K BdS Idl B
② 载流导体受的磁场力——安培力
df Idl B
f df
与洛仑兹力是一致的。
只有一个物理学，把左手定则 扔掉！ f = I l B
➢ 式中的磁场不包括导体本身电流产生的场。 ➢ 洛仑兹力是最本质的；原则上，导体的受力可由上 式积分获得，但往往不实用。
动势做功，即
dA1
(
11
)i1dt
d 11 dt
i1dt
i1d 11
i1 从 0 I1 过程中，外源所做的功
A A1 A2 dA1 0
I1 0
i1d 11
v
由矢量恒等式 ( H A ) A H H A
得
1
1
Wm 2 V (H A)dV 2 VH BdV
散度定理
H
A
)
dS
1 2
VH
BdV
H 1 , A 1 , dS r2 r 时，第一项为 0
r2
r
1
Wm 2
H BdV
V
v wmdV
单位：J（焦耳）
磁能密度
2d
2d
F 0, 表示磁场对试棒的作用力为吸力， 即 F 是从磁导率 大的媒质指
向磁导率 小的方向（可与静电场的情况类比）。
作业： 5.28
第一步： i1 从 0 I1 , i2 0
则 t 时刻，回路1、2中的感应电动势为
11
d 11
dt
,
21
d 21
dt
若要继续充电，外源必须克服回路的感应电
考虑到磁通可以用磁矢位 A 表示，则磁能 Wm 可表示为
Wm
1 2
n k 1
Ik k
1 2
n k 1
lk
Ik
A
dl
1 2
n k1
Vk A J dVk
————
n
1 2
A J dV
V
式中 Vk 为导电媒质体积元所占体积，V 为导电媒质的总体积。
利用 H J
的关系，Wm
1 2
A HdV
例2 试求两块通有电流 I 的平行 导板间的相互作用力。
解1：虚位移法
H
Key
I a
ey
(0 x d)
Wm
1 2
0 H
2abd
0I 2bd
2a
两平行导板间的磁力
f
Wm d
Ik 常量
0I 2b
2a
方向指向 d 增大，即斥力
解2：利用安培力定律
计算 A 板受的力。
df K B2dS
I a
ez
1 2
0 I
a
(ey )dS
两平行导板间的磁力
0I 2
2a2
exdS
只计B板产生的磁场，故半之
f
df
0I 2b
2a
ex
例3 试求两个穿插的螺线管之间
的相互作用力。设半径为 a ，单
位长度匝数为 n1，n2 ，电流为 I1, I2。忽略边缘效应。
解1：虚位移法
B1 0n1I1
21 n2 x B1S 0n1n2I1 a2 x
5.8 恒定磁场中的能量和电场力
5.8.1 恒定磁场中的能量
假设： • 媒质为线性； • 磁场建立无限缓慢（不考虑涡流及辐射）； • 系统能量仅与系统的最终状态有关，与能量的建立 过程无关。
磁场能量的推导过程
Wm
1 2
L1 I 12
MI 1 I 2
1 2
L2
I
2 2
1( 2
L1 I 1
MI 2
)I1
M 21 / I1 0n1n2 a2 x
f
I1I2
M x
Ik 常量 0n1n2I1I2 a2
方向指向 x 增 大，即吸力
当n1＝n2＝1000匝/m，I1=I2=1000A，a =0.1m ，得到
f 40000N
一个非常大的力！当电流反向时，为斥力。
例 4 试求图示磁场对磁导率为μ的试棒的作用力，试 棒的截面积为d×b。
解：设作用力为F，在这个力的作用下，试棒
沿x方向移动dx，则磁场能量变化为
dWm
d(
1 2
B HV
)
(
2
H
2
0
2
H
2
)dbdx
NI
LH dl Hd NI
H d
F dWm dx
Ik 常量
0
2
H
2db
图3.8.5 磁路对磁导率为 试棒的作用力
0 ( NI )2 db 0 N 2I 2b 0
磁场能量 Wm 的计算 通常，考虑两个刚性回路之间的作用力，可以利用
Wm
1 2
L1I12
1 2
L2
I
2 2
MI1I2
计算磁场能量。由于回路形状不变，自感也不变，因
而如果保持电流不变，则自有能保持不变，改变的只
有互有能，从而 dWm I1I2dM
M
故
f I1I2 g Ik 常量
注意互感的正负
通过假定磁通不变可得到相同的结果，但要麻烦得多。 当 M 本身难以求解时，直接计算能量可能更方便一些。
1( 2
MI 1
L2 I2
)I 2
1 2
1
I
1
1 2
2
I
2
1 2
2 k 1
Ik k
推广
Wm
1 2
n k 1
Lk Ik 2
1 2
n i 1
n
MijIi I j
j 1
1 2
n k 1
Ik k
(i j)
自有能 互有能
3.8.2 磁场能量的分布及磁能密度
磁场能量是在建立回路电流的过程中形成的，分布于磁场 所在的整个空间中。
③ 虚位移法 假定磁场中某个回路在磁场力的作用下发生位
移 dg，该系统中发生的功能过程是
dW dWm f dg
即
d(
n k 1
Ik
k
)
d(
1 2
n
Ik k )
k 1
f
dg
电源提供能量 = 磁场能量增量 + 磁场力做功
如果磁场能量与电源能量计算比较方便，则可得到
f (W Wm ) g
（a）电源相连时，电流保持恒定不变
dWm
Ik 常量
1 2
n k 1
Ikd k
1 dW 2
f
Wm g
Ik 常量
外源提供的能量，一半 用于增加磁场能量，另 一半提供磁场力作功。
（b）电源断开时，磁链保持恒定不变
dW k 常量 0
f
Wm g
k 常量
回路磁链保持不变，无感 应电动势，电源不提供能 量，减少磁能对外作功
wm
1 2
H
B
1 2
H
2
1 2
B2
单位： J m3
上式表明磁能是以磁能密度的形式储存在整个场域中。
例 1 长度为 l , 内外导体半径分别为 R1 与 R2 的同轴电 缆，通有电流 I ，试求电缆储存的磁场能量与自感。
解：由安培环路定律，得
H1
I
2
e
I 2 R12
e
0 R1
I
H2 2 e
R1 R2