磁場基本概念、安培力

2024年2月28日發(fā)(作者：一般將來時教案)

磁場基本概念 安培力

一、基本概念

1.磁場的產(chǎn)生: ⑴磁極周圍有磁場。

⑵電流周圍有磁場（奧斯特）。

安培提出分子電流假說（又叫磁性起源假說），認(rèn)為磁極的磁場和電流的磁場都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的。（但這并不等于說所有磁場都是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，因?yàn)辂溈怂鬼f發(fā)現(xiàn)變化的電場也能產(chǎn)生磁場。）

⑶變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場。

2.磁場的基本性質(zhì):磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用（對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時不受磁場力作用）。這一點(diǎn)應(yīng)該跟電場的基本性質(zhì)相比較。

3.磁場力的方向的判定:磁極和電流之間的相互作用力（包括磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流），都是運(yùn)動電荷之間通過磁場發(fā)生的相互作用。因此在分析磁極和電流間的各種相互作用力的方向時，不要再沿用初中學(xué)過的“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”的結(jié)論（該結(jié)論只有在一個磁體在另一個磁體外部時才正確），而應(yīng)該用更加普遍適用的：“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，或用左手定則判定。

4.磁感線

⑴用來形象地描述磁場中各點(diǎn)的磁場方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱。

⑵磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）。

⑶要熟記常見的幾種磁場的磁感線：

地球磁場 通電直導(dǎo)線周圍磁場 通電環(huán)行導(dǎo)線周圍磁場

⑷安培定則（右手螺旋定則）：對直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。

5.磁感應(yīng)強(qiáng)度

B?F（條件是勻強(qiáng)磁場中，或ΔL很小，并且L⊥B

）。

IL2磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符號為T，1T=1N/（A?m）=1kg/（A?s）

6.磁通量:可以認(rèn)為穿過某個面的磁感線條數(shù)就是磁通量。

二、安培力 （磁場對電流的作用力）

1.安培力方向的判定:左手定則

例1.磁場對電流的作用力大小為F＝BIL（注意：L為有效長度，電流與磁場方向應(yīng) ）．F的方向可用 定則來判定．

試判斷下列通電導(dǎo)線的受力方向．

× × × × ． ． ． ．

× × × × ． ． ． ．

B

× × × × ． ． ． ．

． × × × × ． ．×

．

I

試分別判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場方向或受力方向．

×

×

F

B

例2.如圖所示，可以自由移動的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流，不計通電導(dǎo)線的重力，僅在磁場力作用下，導(dǎo)線將如何移動？

例3. 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對水平面的壓力將會＿＿＿（增大、減小還是不變？）。水平面對磁鐵的摩擦力大小為＿＿＿。

2.安培力大小的計算:F=BLIsinα（α為B、L間的夾角）高中只要求會計算α=0（不受安培力）和α=90°兩種情況。

例4. 如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長也為L ，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止。求：⑴B至少多大？這時α

B的方向如何？⑵若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，α

應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？

例5.如圖所示是一個可以用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置：一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負(fù)極）并經(jīng)開關(guān)S與電a

b

源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為ρ；將容器置于一勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)開關(guān)斷開時，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將S

出現(xiàn)高度差。若當(dāng)開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差A(yù)

A

為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

例6.如圖所示，它的一臂下面掛有一個矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場B內(nèi)，下邊一段長為L，它與B垂直。當(dāng)線圈的導(dǎo)線中通有電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡；然后使電流反向，這時需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到平衡。求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

三、與地磁場有關(guān)的電磁現(xiàn)象綜合問題

1.地磁場中安培力的討論

－5例7.已知北京地區(qū)地磁場的水平分量為3.0×10T.若北京市一高層建筑安裝了高5100m的金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，某一時刻的放電電流為10A，此時金屬桿所受培力的方向和大小如何？

2.如何測地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向:地磁場的磁感線在北半球朝向偏北并傾斜指向地面，在南半球朝向偏北并傾斜指向天空，且磁傾角的大小隨緯度的變化而變化.若測出地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量和豎直分量，即可測出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向.

例8.如圖示為北半球一條自西向東的河流，河兩岸沿南北方向的A、B兩點(diǎn)相距為d.若測出河水流速為v，A、B兩點(diǎn)的電勢差為U，即能測出此地的磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直分量B⊥.

四、針對訓(xùn)練：

1. 下列說法中正確的是( )

A.磁感線可以表示磁場的方向和強(qiáng)弱

B.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極

C.磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場

D.放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極

2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中錯誤的是( )

A.由B=F/IL可知，B與F成正比，與IL成反比

B.由B=F/IL可知，一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場力，說明此處一定無磁場

C.通電導(dǎo)線在磁場中受力越大，說明磁場越強(qiáng)

D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處電流受力方向

3.一束電子流沿x軸正方向高速運(yùn)動，如圖所示，則電子流產(chǎn)生的磁場在z軸上的點(diǎn)P處的方向是( )

A.沿y軸正方向 B.沿y軸負(fù)方向

C.沿z軸正方向 D.沿z軸負(fù)方向

4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，則（ ）

A.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針

B.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針

C.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過

D.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過

5.兩根長直通電導(dǎo)線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示，兩通電導(dǎo)線在C處的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值都是B，則C處磁場的總磁感應(yīng)強(qiáng)度是（ ）

A.2B

B.B C.0 D.3B

6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是（ ）

A.分子電流消失 B.分子電流的取向變得大致相同

C.分子電流的取向變得雜亂 D.分子電流的強(qiáng)度減弱

7.根據(jù)安培假說的思想，認(rèn)為磁場是由于電荷運(yùn)動產(chǎn)生的，這種思想對于地磁場也適用，而目前在地球上并沒有發(fā)現(xiàn)相對于地球定向移動的電荷，那么由此判斷，地球應(yīng)該（ ）

A.帶負(fù)電 B.帶正電 C.不帶電 D.無法確定

8. 關(guān)于垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線所受磁場作用力的方向，正確的說法是（ ）

A.跟電流方向垂直，跟磁場方向平行 B.跟磁場方向垂直，跟電流方向平行

C.既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直

D.既不跟磁場方向垂直，又不跟電流方向垂直

9.如圖所示，直導(dǎo)線處于足夠大的勻強(qiáng)磁場中，與磁感線成θ=30°角，導(dǎo)線中通過的電流為I，為了增大導(dǎo)線所受的磁場力，可采取下列四種辦法，其中不正確的是（ ）

A.增大電流I

B.增加直導(dǎo)線的長度

C.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)30° D.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)60°

10.如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使M N垂直紙面向外運(yùn)動，可以（ ）

A.將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極

B.將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極

C.將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極

D.將a、c端接在交流電源的一端，b、d接在交流電源的另一端

11.如圖所示，兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)椋? ）

A.F2 B.F1－F2

C.F1＋F2 D.2F1－F2

12.長為L，重為G的均勻金屬棒一端用細(xì)線懸掛，一端擱在桌面上與桌面夾角為α，現(xiàn)垂直細(xì)線和棒所在平面加一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，當(dāng)棒通入如圖所示方向的電流時，細(xì)線中正好無拉力.則電流的大小為_______ A.

13.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，1982年澳大利亞國立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體（包括金屬桿EF的質(zhì)量）加速到10 km/s的電磁炮（常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s），若軌道寬2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，則軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_______ T，磁場力的最大功率P=_______ W（軌道摩擦不計）.

參考答案： 3.A 4.C 5.D 6.C 7. A 8.C 9.C

11.A α/BL

13. 55，1.1×10