第一章磁場基礎概念與性質第二章磁感應強度與磁通量第三章安培力與洛倫茲力第四章電磁感應現象與定律第五章電磁場與電磁波第六章磁場綜合應用與前沿技術01第一章磁場基礎概念與性質磁場現象的引入教室磁鐵實驗觀察條形磁鐵吸引鐵釘的現象，思考背后原理地磁場模型地球磁場的產生與分布，類比指南針工作原理科學問題提出磁場如何產生？對磁體和電流有何作用？磁場的定義與描述磁場的科學定義磁場是傳遞磁相互作用的場，用磁感應強度$mathbf{B}$描述磁感應強度的物理意義磁感應強度表示磁場中單位面積穿過的磁通量，是矢量量綱測量方法與單位實驗中用磁強計測量$B$，單位特斯拉（T）與牛頓/安培·米關系磁場產生機制與分類電流產生磁場奧斯特實驗證明電流周圍存在磁場，安培定則判斷方向地磁場模型地核液態(tài)鐵流動產生磁場，水平分量約20μT，垂直分量約50μT磁場分類天然磁場（地磁、永磁）與人工磁場（電流、電磁鐵）磁場對磁體和電流的作用安培力公式推導通電導線在磁場中受的力$F=BIlsin heta$，與電流方向和磁場方向夾角有關洛倫茲力的微觀本質洛倫茲力是安培力的微觀體現，$f=qvBsinalpha$適用于運動電荷典型應用案例分析質子在磁場中做圓周運動，計算軌道半徑和周期02第二章磁感應強度與磁通量磁感應強度的測量場景磁強計測量實驗用霍爾探頭測量通電螺線管內部磁場，讀數為0.15T多組數據對比改變線圈匝數和電流，驗證$BproptonI$關系科學問題引入如何定量描述磁場穿過面的'量'？引出磁通量概念磁感應強度的計算方法長直電流磁場公式$B=frac{mu_0I}{2pir}$適用于距離$r$處的磁場計算螺線管磁場密繞螺線管$B=mu_2nI$，匝數$n$和電流$I$影響磁場強度無限長通電直導線公式$B=frac{mu_0I}{2pia}$適用于相距$a$的平行導線磁通量的幾何意義磁通量定義磁通量$Phi_B=BcdotScdotcosalpha$描述磁場穿過面的'量'磁通量單位單位韋伯（Wb）與特斯拉·平方米關系，$1, ext{Wb}=1, ext{T}cdot ext{m}^2$磁通量變化與感應電動勢法拉第電磁感應定律$mathcal{E}=-frac{DeltaPhi_B}{Deltat}$，變化率決定感應電動勢電磁波與物質相互作用吸收現象紅外線被物體吸收轉化為熱能，符合斯特藩-玻爾茲曼定律反射現象鏡面反射（光滑表面）和漫反射（粗糙表面）的物理機制干涉現象楊氏雙縫實驗驗證電磁波干涉，需要滿足相長或相消條件03第三章安培力與洛倫茲力安培力的實驗驗證場景條形磁鐵與導線實驗觀察導線在磁鐵上方偏轉，驗證安培力存在多組條件對比改變電流方向、磁鐵極性、導線長度，分析偏轉規(guī)律定量測量用彈簧測力計測量安培力大小，驗證公式$F=BIlsin heta$安培力的應用計算軌道模型分析質子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，計算軌道半徑和周期載流線圈平衡計算載流線圈在磁場中受力矩，分析穩(wěn)定平衡條件實際應用案例分析電動機工作原理，計算輸出功率和效率洛倫茲力的特性分析運動電荷受力公式洛倫茲力$f=qvBsinalpha$適用于垂直進入磁場的情況左手定則應用判斷電子在磁場中受力的方向，與正電荷受力方向相反能量守恒分析洛倫茲力不做功，只改變電荷運動方向，不改變速率磁場中的運動合成問題軌道模型分析質子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，計算軌道半徑和周期多場疊加分析電荷同時受重力和洛倫茲力的情況，計算合運動軌跡實際應用案例分析粒子加速器中磁場對帶電粒子的作用04第四章電磁感應現象與定律楞次定律的實驗驗證奧斯特實驗再現將條形磁鐵插入/抽出線圈，觀察感應電流方向變化，驗證楞次定律能量轉化分析感應電流受磁場力做負功，機械能轉化為電能多組對比實驗改變磁鐵極性、線圈匝數，驗證楞次定律普適性法拉第電磁感應定律的應用切割磁感線模型金屬桿在磁場中平動產生感應電動勢，計算公式$mathcal{E}=Bvlsin heta$旋轉線圈模型計算矩形線圈在磁場中旋轉時的最大感應電動勢實際應用案例分析發(fā)電機工作原理，計算輸出功率和效率自感現象的電路分析開關S閉合過程電流從零突然增大，產生自感電動勢$E_L=-Lfrac{DeltaI}{Deltat}$，阻礙電流變化開關S斷開過程電流迅速減小，自感電動勢反向，維持電流流動自感線圈特性線圈匝數越多、鐵芯截面積越大，自感系數越大互感現象與變壓器原理互感線圈模型互感電動勢$E_m=-Mfrac{DeltaI_1}{Deltat}$，與線圈匝數比有關理想變壓器模型原副線圈匝數比$n_1:n_2$等于電壓比$frac{U_1}{U_2}=frac{n_1}{n_2}$實際應用案例分析電力系統中變壓器的作用，提高傳輸效率05第五章電磁場與電磁波電磁波的輻射條件麥克斯韋方程組變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，形成電磁波電磁波的產生機制LC振蕩電路能產生電磁波，振蕩頻率$f=frac{1}{2pisqrt{LC}}$電磁波的傳播特性電磁波在真空中的傳播速度$c=1/sqrt{mu_0epsilon_0}approx3 imes ext{m/s}$，與頻率無關電磁波的性質波速公式電磁波在真空中的傳播速度$c=1/sqrt{mu_0epsilon_0}approx3 imes ext{m/s}$，與頻率無關波譜分析不同頻率的電磁波性質不同，如無線電波、可見光、X射線等偏振特性橫波（電磁波）能產生偏振現象，縱波（聲波）不能電磁波與物質相互作用吸收現象紅外線被物體吸收轉化為熱能，符合斯特藩-玻爾茲曼定律反射現象鏡面反射（光滑表面）和漫反射（粗糙表面）的物理機制干涉現象楊氏雙縫實驗驗證電磁波干涉，需要滿足相長或相消條件06第六章磁場綜合應用與前沿技術磁懸浮列車原理超導磁懸浮需要液氦冷卻（77K），成本高原理介紹電動機與發(fā)電機原理電動機電能轉化為機械能，原理是安培力驅動線圈轉動發(fā)電機機械能轉化為電能，原理是法拉第電磁感應實際應用案例分析風力發(fā)電機和電動汽車中磁場的作用磁場在醫(yī)學中的應用磁共振成像（MRI）利用電磁鐵吸附含鐵雜質，實現礦石分選腫瘤治療強聚焦磁場用于腫瘤放療，磁場熱療使腫瘤組織發(fā)熱生物磁場人體心臟產生約