大学物理磁学教学
大学物理电磁学实验教案
一、实验名称电磁感应实验二、实验目的1. 理解电磁感应现象的原理；2. 掌握电磁感应实验的原理和操作方法；3. 培养学生的实验操作能力和数据分析能力；4. 提高学生对电磁学知识的理解和应用能力。
三、实验原理电磁感应现象是指当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，方向与磁通量变化率的方向相反。
四、实验仪器1. 电磁感应实验装置；2. 交流电源；3. 电流表；4. 电压表；5. 电流计；6. 电阻箱；7. 导线；8. 绝缘棒；9. 秒表；10. 计算器。
五、实验步骤1. 连接实验装置，确保电路连接正确；2. 打开交流电源，调节电流大小，使电流计显示适当数值；3. 用绝缘棒将导线插入电磁感应实验装置的磁场中，观察电流计指针的偏转；4. 改变导线的插入深度，记录不同深度下的电流计指针偏转角度；5. 改变交流电源的频率，重复步骤3和4，记录不同频率下的电流计指针偏转角度；6. 将实验数据整理成表格，计算不同深度和频率下的感应电动势；7. 分析实验数据，得出电磁感应现象的规律。
六、注意事项1. 实验过程中，确保电路连接正确，避免短路；2. 操作电磁感应实验装置时，注意安全，避免触电；3. 实验数据记录要准确，避免误差；4. 实验过程中，注意观察电流计指针的偏转，以便及时调整实验参数。
七、实验报告1. 实验目的、原理及仪器；2. 实验步骤及注意事项；3. 实验数据及分析；4. 实验结果及结论；5. 存在的问题及改进措施。
八、教学反思通过本实验，使学生掌握电磁感应现象的原理和实验操作方法，提高学生对电磁学知识的理解和应用能力。
同时，培养学生的实验操作能力和数据分析能力，为后续课程的学习打下基础。
在实验过程中，教师应注重引导学生发现问题、分析问题、解决问题，提高学生的综合素质。
大学物理磁学教案
课程名称：大学物理授课班级：XX级XX班授课教师：XXX授课时间：XX年XX月XX日教学目标：1. 理解磁场的基本概念和性质。
2. 掌握磁感应强度、磁通量、洛伦兹力等基本公式。
3. 熟悉安培环路定律及其应用。
4. 能够运用左手定则和右手螺旋法则判断磁场的方向和受力情况。
教学内容：1. 磁场的基本概念和性质2. 磁感应强度和磁通量3. 洛伦兹力4. 安培环路定律5. 磁场中的电流和电荷教学过程：一、导入新课1. 回顾静电场的基本概念和性质。
2. 引入磁场，强调磁场是电荷运动产生的。
二、讲解重点内容1. 磁场的基本概念和性质- 磁场的定义：磁场的方向由磁感线表示，磁感线的疏密表示磁场的强弱。
- 磁场的性质：磁场的叠加原理、磁场的保守性。
2. 磁感应强度和磁通量- 磁感应强度的定义：单位面积内垂直于磁场方向的磁通量。
- 磁通量的定义：穿过某一面积的磁感线的总数。
3. 洛伦兹力- 洛伦兹力的定义：运动电荷在磁场中受到的力。
- 洛伦兹力公式：\( \mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \)4. 安培环路定律- 安培环路定律的内容：闭合曲线上的磁场线积分等于该闭合曲线所包围的电流乘以真空磁导率。
- 安培环路定律的应用：计算简单电流产生的磁场。
5. 磁场中的电流和电荷- 毕奥-萨伐尔定律：描述载流导线产生的磁场。
- 磁矩和磁力矩的定义及计算。
三、课堂练习1. 计算简单电流产生的磁场。
2. 应用安培环路定律计算磁场。
3. 判断磁场的方向和受力情况。
四、课堂小结1. 回顾本节课的主要内容。
2. 强调磁场的基本概念和性质、磁感应强度、磁通量、洛伦兹力、安培环路定律等。
五、课后作业1. 复习本节课所学内容，完成课后习题。
2. 查阅相关资料，了解磁学在实际应用中的例子。
教学反思：本节课通过讲解磁场的基本概念和性质、磁感应强度、磁通量、洛伦兹力、安培环路定律等，使学生掌握了磁学的基本知识。
大学物理电磁学教案
一、教学目标1. 知识目标：（1）理解电磁学的基本概念，如电场、磁场、电磁感应等；（2）掌握电磁学的基本定律，如库仑定律、高斯定理、安培环路定理、法拉第电磁感应定律等；（3）了解电磁学的应用领域，如电磁波、电磁场等。
2. 能力目标：（1）培养学生运用电磁学知识解决实际问题的能力；（2）提高学生的科学思维和创新能力。
3. 情感目标：（1）激发学生对电磁学的兴趣，培养学生热爱科学、追求真理的精神；（2）培养学生团结协作、严谨求实的科学态度。
二、教学内容1. 静电场（1）库仑定律；（2）电场强度；（3）电场线；（4）电势；（5）电场力的功；（6）静电场中的导体和电介质。
2. 恒定磁场（1）毕奥-萨伐尔定律；（2）磁场强度；（3）磁感应强度；（4）安培环路定理；（5）磁通量；（6）磁场力的功。
3. 电磁感应（1）法拉第电磁感应定律；（2）电磁感应现象；（3）自感与互感；（4）楞次定律。
4. 电磁场（1）麦克斯韦电磁场理论；（2）电磁波的产生与传播；（3）电磁波的性质与应用。
三、教学方法1. 讲授法：讲解电磁学的基本概念、定律和理论；2. 讨论法：引导学生探讨电磁学在实际问题中的应用；3. 案例分析法：分析电磁学在实际工程中的应用案例；4. 实验法：通过实验验证电磁学的基本原理。
四、教学过程1. 导入新课：介绍电磁学的基本概念和意义，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解静电场（1）介绍库仑定律，讲解点电荷的电场强度；（2）讲解电场线、电势、电场力的功等概念；（3）讲解静电场中的导体和电介质。
3. 讲解恒定磁场（1）介绍毕奥-萨伐尔定律，讲解电流元的磁场强度；（2）讲解磁场强度、磁感应强度、安培环路定理等概念；（3）讲解磁通量、磁场力的功等概念。
4. 讲解电磁感应（1）介绍法拉第电磁感应定律，讲解电磁感应现象；（2）讲解自感与互感、楞次定律等概念。
5. 讲解电磁场（1）介绍麦克斯韦电磁场理论，讲解电磁波的产生与传播；（2）讲解电磁波的性质与应用。
大学物理《电磁学》PPT课件
电场性质
对放入其中的电荷有力的作用 ，且力的方向与电荷的正负有 关。
磁场性质
对放入其中的磁体或电流有力 的作用，且力的方向与磁极或
电流的方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用 力，与电荷量的乘积成正比，与距离的平方 成反比。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的 所有电荷的代数和除以真空中的介电常数。
当导体回路在变化的磁场中或导体回路在恒定的磁场中运动时
，导体回路中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律公式
02
E = -n(dΦ)/(dt)。
法拉第电磁感应定律的应用
03
用于解释电磁感应现象，计算感应电动势的大小，判断感应电
动势的方向。
自感和互感现象分析
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，它所产生的磁通量也会随之变 化，从而在线圈自身中产生感应 电动势的现象。
程称为磁化。随着外磁场强度的增大，铁磁物质的磁感应强度也增大。
03
铁磁物质的饱和现象
当铁磁物质被磁化到一定程度后，其内部磁畴的排列达到极限状态，此
时即使再增加外磁场强度，铁磁物质的磁感应强度也不会再增加，这种
现象称为饱和现象。
04
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律内容
01
06
现代电磁技术应用与发展趋势
超导材料在电磁领域应用前景
超导材料的基本特性：零电阻、完全抗磁性
超导磁体在MRI、NMR等医疗设备中的应用
超导电缆在电力传输中的优势及挑战
高温超导材料的研究进展及潜在应用
光纤通信技术发展现状及趋势
大学物理《电磁学》PPT课件
2 2 B Bx B y 0.1T
Bz tan 0.57 Bx
300
～1012T ～106T ～7×104T ～0.3T ～10-2T ～5×10-5T ～3×10-10T
资料
原子核表面 中子星表面 目前最强人工磁场 太阳黑子内部 太阳表面 地球表面 人体
2.电场与磁场的相对性
S应线是闭 合的，因此它在任 意封闭曲面的一侧 穿入，必在另一侧 全部穿出。
↑载流螺线管的磁感应线 ←载流直导线的磁感应线 比较
1 e E dS
S
0
Q
dV
静电场中高斯定理反映静电场是有源场；
m B dS 0
安 培 演 示 电 流 相 互 作 用 的 装 置 （ 复 制 品 ）
电流与电流之间的相互作用
I
F F
I
电流与电流之间的相互作用
I F
F
I
磁场对运动电荷的作用
电子束
+
磁场对运动电荷的作用
电子束
S N
+
我们得把问题引向一个更深的层次 思想深邃的科学家自问：磁铁究竟是什么？如 果磁场是由电荷运动激发的，那么来自一块磁铁的 磁场是否也可能是由于电流的的效果呢？ 安培用通电螺线管很好地模拟了一个磁针：
①方向： 曲线上一点的切 线方向和该点的磁场 方向一致。 ②大小：
磁感应线的疏密反映磁场的强弱。
B
③性质： •磁感应线是无头无尾的闭合曲线，磁场中任 意两条磁感应线不相交。 •磁感应线与电流线铰链 通过无限小面元dS 的磁感应线数目dm与dS 的 比值称为磁感应线密度。我们规定磁场中某点的磁
2
《大学物理磁学》ppt课件
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场，具有方向 和大小，可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律，可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场，但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的，随着静电场的消 失而消失；而恒定电流产生的磁场是持续的， 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外，静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线，其切线方向表示磁场 方向，疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示， 单位为特斯拉（T）。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量，用Φ表 示，单位为韦伯（Wb）。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁，用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具，从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置， 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向，具有高速、安全、 舒适等优点。
大学物理电磁学电磁感应
二、 法拉第电磁感应定律
通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产生 的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。
1、数学表述
i
k
dΦm dt
在SI制中比例系数为1
i
dΦm dt
§12-1 电磁感应定律
对
N
匝线圈 i
N
dΦm dt
d (NΦm ) dt
令 Ψ NΦm 全磁通 磁通链数
洛仑兹力不提供能量， 他只起到了一个传递能量的 作用。
至此详谬得以解释
f0
v
v0 V f
§12-2 动生电动势
例1有力一线半运圆动形。金已属知导：线v在, B匀,强R磁. 场中作切割磁
求：动生电动势。
b
解：方法一
作辅助线 a b，形成闭合回路。
i i
0
a (v
b
半圆
B) dl
ab
2RBv
② 求电量
i dq 0 sin t
dt R
q
idt
0 sin tdt
0R
BS sin td (t) 2BS
0R
R
§12-2 动生电动势
求解动生电动势的步骤
1. 选择 dl 方向；
2. 确定 dl 所在处的 B 及 v 3. 确定 v × B 的方向； 4. 确定 dl 与 v × B 的夹角
B A
vC
§12-2 动生电动势
例3 一直导线CD在一无限长直电流磁场中作
切割磁力线运动。求：动生电动势。
解： 方法一
d (v B) dl
v
0I
sin
900 dl
I
cos1800
大学物理电磁感应定律教案
课程名称：大学物理授课对象：大学本科生课时：2课时教学目标：1. 理解电磁感应现象及其产生的原因。
2. 掌握法拉第电磁感应定律的表述和数学表达式。
3. 能够运用法拉第电磁感应定律解决实际问题。
教学重点：1. 法拉第电磁感应定律的表述和数学表达式。
2. 感应电动势与磁通量变化率的关系。
教学难点：1. 感应电动势与磁通量变化率的关系的理解。
2. 应用法拉第电磁感应定律解决实际问题。
教学过程：第一课时一、导入1. 提问：什么是电磁感应现象？举例说明电磁感应现象在生活中的应用。
2. 回顾电磁学的基本知识，如电流、磁场、磁通量等。
二、新课讲授1. 法拉第电磁感应定律的表述：- 当磁通量Φ通过一个闭合回路时，如果磁通量Φ随时间变化，则在回路中会产生感应电动势ε。
- 感应电动势ε的大小与磁通量Φ的变化率成正比。
- 数学表达式：ε = -dΦ/dt- 其中，ε为感应电动势，Φ为磁通量，t为时间。
2. 法拉第电磁感应定律的应用：- 感应电动势的方向：根据楞次定律，感应电动势的方向总是使感应电流所产生的磁场去阻碍原磁通量的变化。
- 感应电动势的大小：感应电动势的大小与磁通量Φ的变化率成正比。
三、课堂练习1. 分析一个简单的电磁感应现象，如线圈在磁场中转动，引导学生运用法拉第电磁感应定律求解感应电动势。
2. 学生独立完成练习题，教师巡视指导。
第二课时一、复习导入1. 回顾上一节课的内容，提问学生对法拉第电磁感应定律的理解。
2. 分析学生练习题中的错误，讲解解题思路和方法。
二、新课讲授1. 法拉第电磁感应定律的应用拓展：- 电磁感应现象在发电机、变压器、电动机等设备中的应用。
- 电磁感应现象在科研、生产和生活中的应用。
2. 感应电动势与磁通量变化率的关系：- 当磁通量Φ变化时，感应电动势ε的大小与Φ的变化率成正比。
- 当磁通量Φ的变化率增大时，感应电动势ε的大小也增大。
三、课堂练习1. 分析一个复杂的电磁感应现象，如线圈在交变磁场中运动，引导学生运用法拉第电磁感应定律求解感应电动势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方向定义为该处磁场的方向。 实验证明 Mmax pm
Mmax 反映磁场的强弱，只与试验线圈的位置有关。
pm
B k M max
SI制 k=1
Pm
B M max pm
N m Am2
特 斯 拉 （T）
11-2 毕奥—萨伐尔定律
一、毕奥—萨伐尔定律 实验证明：真空中电流元
Id（l求在稳P点恒产电生流的周磁围场的：稳恒磁场）
（2）半圆环心处: （3）L长弧心处:
B 0I R 4R
L
B 0 I L 0 I 2 R 2R 4R
（4）X>>R时 ( x r)
B
0 IR2 2x3
0 pm 2x 3
圆形电流轴线上x处的磁场：
B
0R2 I 2( R2 x2 )3/ 2
例3、求载流直螺线管内部的磁场：（R、I、n）
一、安培环路定理
在静电场中：
LE dl 0
在磁场中： 磁感应强度的环流？
B dl ?
计算无限长通电直导线的
B
L
沿任一闭合路线的线积分：
dl cos
dB dBsin
根据对称性：
0I cos 4r 2
2R
B dB 0
0
IR cos 2r 2
Idl R I 0
讨论：（1）x=0时
r
（圆环心处:）
p
B
x
B 0I 2R
B
0 IR cos 2r 2
cos
R R2 x2
B
0 IR2 2( R2 x2 )3/
2
方向沿 X 轴
1
2
dB
x
dB
2(
0R R2
2 (nIdx)
x2 )32
B
dB
0 R2nIdx 2( R2 x 2 )3 / 2
dx
得：轴线附近
B
0nI 2
(cos 2
Байду номын сангаас
cos1 )
方向沿X轴
讨论：（1）无限长螺线管
1 ,2 0
B 0nI ! 匀强磁场！方向向右（X轴）
（2）半无限长：
1
2
,
2
0
（2）半无限长：
B
B
S
dB BdS B cos dS B dS
ds
S
B d B dS 韦伯
S
对闭合曲面 B B dS 0 磁场中的高斯定理
注意：
S
S D dS qi 0 是由于有单独存在的自由电荷
S B dS 0
是因为自然界没有单独存在的磁荷。 说明磁场是无源场.
11-4 安培环路定理
1
, 2
2 0
B
0nI 2
(cos 2
cos1 )
B
端点A1： 同理：
B
1 2
0nI
端点A2： B
1 2
0
nI
0nI
1 2
0nI
A1
A2
例4、运动电荷的磁场
r
B
B 沿轴线的分布
r
B
q
v
q
v
可以证明
B
0 4r
2
qv
rˆ
符号含在 q 内
11—3 磁通量 磁场的高斯定理
I
一、磁力线 （磁感应线、B线）
磁力线是 无头无尾的
B
B
闭合曲线 。
（有旋场）
I
不同电流的
磁场，磁力线
的形状不同。
磁力线上任一点
切线方向是该点的磁场方向。
磁力线的疏密程度表示磁场的强弱。B
B
S
B
二、磁通量 （B通量）通过一给定曲面的磁力线的总数
n
称通过该面的磁通量 B 在曲面S上取面积元d S，通过d S
的磁通量为 d B
例1、求z直线电流（I、L）电的流磁元场Id。l 在P处的磁场大小
LIdl
l
y
dB
0 4
Idl sin r2
方向：沿
y
方向
2 r
各电流元在P处产生的dB方向一致
dB
B
0 4
Idl sin r2
0
1 x •p
x ( x cos 1 )
r
sec
B
0I 4x
2
cosd
1
0I 4x
[sin
2、电与磁的联系
1819年前：磁铁 —— 磁铁
奥斯特发现：（1）电流（旁）——小磁针偏转。
安培发现： （2）磁铁（旁）——载流导线运动。 （3）载流导线 —— 载流导线。
电与磁密切相关 运动电荷产生磁现象。 运动电荷本身受磁力作用。
3、磁场：三种情况的相互作用，依赖“磁场”完成。 运动电荷、电流、磁铁周围都存在磁场。
第十一章 稳 恒 磁 场
稳恒电流周围
稳恒磁场
定量：磁感应强度 磁场的描述
B
定性：磁力线（磁通量）
本章的重点：
（1）计算B的两种方法
毕-沙-拉定律
安培环路定理
安培环路定理（有旋） （2）说明磁场性质的两个定理
磁场高斯定理（无源）
11—1 磁场 磁感应强度
一、磁场
1、基本的磁现象：
磁铁、磁性、磁极（N、 S）、磁力、 磁化、磁极与电荷的区别……
磁场的性质： 具有力的性质和能的性质。
磁场对其内的运动电荷（或载流导体）有力的作用。
载流导体在磁场中移动时，磁力对其作功。
二、磁感应强度
B
——表示磁场的强弱和方向。
1、载流线圈的磁矩（磁偶极矩）
IS
2、磁感应强度
n 定义：pm IS n
n 的方向：与 I 构成
B
右手螺旋
试验线圈在磁场中处于稳定平衡位置时 M 0 此时 n 的
大学物理电子教案
磁学部分
教学基本要求
一 掌握描述磁场的物理量——磁感强度的 概念，理解它是矢量点函数.
二 理解毕奥－萨伐尔定律，能利用它计算 一些简单问题中的磁感强度.
三 理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理. 理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法.
四 理解洛伦兹力和安培力的公式 ，能分析 电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动. 了解磁矩 的概念. 能计算简单几何形状载流导体和载流平面 线圈在均匀磁场中或在无限长载流直导体产生的非 均匀磁场中所受的力和力矩.
Idl
I
r
p
d式B写中方 大成：向小矢：：d量IBd式0l真：k空rId中d的Bl的rs方2i磁n向导4,0率I(dkrl24rˆ0
)
L
0 12.57 107T m A1
长为L的载流导线，在P点的磁感应强度用迭加法得：
B
0 4
Idl r2
rˆ
Bx
By B
Bz
二、毕—萨—拉定律的应用
（2）若导线半无限长
1
2
2
（3）导线的延长线
B=0
B 0I 4x
例I 2、R0Id求l 圆电流（R、I）r轴d线Bp上 Pd点Bd/处B/ 的x 磁电 p点场流方的。元向磁I如d场l图d在B
大小为
dB
:
dB
0 4
Idl
dB// dBcos
sin 900 r2
B dB//
20R40rI2
2
sin
1
]
sin cos r x sec l xtg
dl x sec2 d
方向：沿 y 方向
L
z
I θ2
l θ1 2 y
sin 1 cos1 sin 2 cos2
B
0 I 4x
[cos 1
cos 2
]
讨论： （1）若导线无限长
0
1
x• p x 1 0 2
B 0I ! 2x