16磁场安培力讲解

1、磁场、安培力一、一周知识概述本周我们学习磁场、磁场对通电导线的作用力。磁场、磁感线这一节是以后学习磁 场这一章的基础，正确理解磁场的物质性及其基本性质、掌握常见的几种磁场的磁感线分布情况，能用安培定则熟练地判定电流磁场方向，对以后分析磁学问题至关重要。磁 感应强度是为描述磁场而引入的一个物理量。它是由磁场本身唯一决定的矢量，与其他因素无关。安培力是磁场基本性质的体现，要注意其大小的计算和方向的判断（即左手 定则），学习这两节内容时可以和前面学的电场、电场线、电场力、电场强度进行对比，找出它们的异同，将有助于我们的理解。二、重难点知识归纳与讲解1、磁场（1）磁场是存在于磁极或电流周围空间里的一种

2、特殊的物质，磁场和电场一样， 都是场形态物质”。（2）磁场的方向：物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦 即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点磁场的方向。（3）磁场的基本性质：磁场对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用。磁极和 磁极之间、磁场和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。2、磁感线（1）磁感线：是形象地描述磁场而引入的有方向的曲线。在曲线上，每一点切线 方向都在该点的磁场方向上，曲线的疏密反映磁场的强弱。（2）磁感线的特点：a磁感线是闭合的曲线， 磁体的磁感线在磁体外部由 N极到S极，内部由S极到N 极。b.任意两条磁感线不能相交。3、几种常见磁

3、场的磁感线的分布（1）条形磁铁和碲形磁铁的磁感线条形磁铁和蹄形磁铁是两种最常见的磁体，如图所示的是这两种磁体在平面内的磁感线形状，其实它们的磁感线分布在整个空间内，而且磁感线是闭合的，它们的内部都 有磁感线分布。(2) 通电直导线磁场的磁感线通电直导线磁场的磁感线的形状与分布如图所示, 组以导线上各点为圆心的同心圆。通电直导线磁场的磁感线是一组立体图剖面图0俯视團需要指出的是，通电直导线产生的磁场是不均匀的，越靠近导线，磁场越强，磁感 线越密。电流的方向与磁感线方向的关系可以用安培定则来判断，如图所示。用右手握 住直导线，伸直的大拇指与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方 向。

4、(3) 环形电流磁场的磁感线环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形的中心轴上，由对称性可知，磁感线是与环形导线的平面垂直的一条直线。如图甲所示，环形电流方向与 磁感线方向的关系也可以用右手定则来判断，如图乙所示，让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是圆环轴线上磁感线的方向；如图丙所示， 让右手握住部分环形导线，伸直的大拇指与电流方向一致，则四指所指的方向就是围绕 环形导线的磁感线的方向。俯视图图甲图乙图丙（4）通电螺线管的磁感线通电螺线管表现出来的磁性很像一根条形磁铁，一端相当于北极（N）,另一端相当于南极（S）,形成的磁感线在通电螺线管的外部从北极

5、（ N）出来进入南极（S）, 通电螺线管内部具有磁场，磁感线方向与管轴线平行，方向都是由S极指向N极，并与外部磁感线连接形成一些闭合曲线，其方向也可用安培定则判断，用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图所示。立体图剖面图上观图（5）地磁场的磁感线地磁场的南北极与地理上的南北极刚好相反，所以磁感线从地理的南极出来进入地理的北极如图所示地理两极与地磁胸极不重合4、磁感应强度(1) 定义：在匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的通电直导线，所受的安培力FB上跟电流强度I和导线长度L的乘积之比，叫做通电导线所在处的磁感应强度， 即 二，

6、磁感应强度B只是由磁场本身决定，与所放置的电流 I和导线长度L均无关。17 = 1(2) 单位：特斯拉，简称特，符号是(3) 磁感应强度是描述磁场的力的性质的物理量。磁感应强度是矢量，其方向就 是该点的磁场方向5、匀强磁场如果磁场的某一区域里， 磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场，距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电螺线管内部的磁场都可以看成是匀强磁场。匀强磁场的磁感线为相互平行，等间距的平行线。6、安培力的大小和方向（1）定义：磁场对通电导线的作用力叫安培力。（2） 大小：当通电导线与磁场方向垂直放置时，安培力最大，为F=BIL。当通电 导线与磁场方向平行放置时，安

7、培力最小，为零。当通电导线与磁场方向成其他任意角 放置时，安培力介于最大值和最小值之间。（3）方向：安培力的方向可以用左手定则来判断。安培力方向垂直磁场方向，垂 直电流方向，即垂直于电流方向和磁场方向决定的平面。三、重难点知识剖析1、磁感线是闭合曲线磁感线与电场线不同，在磁体外部是从N极指向S有，磁体内部则从 S极指向N极，从而形成闭合曲线。2、安培定则用安培定则判断通电线圈（或螺线管）的磁感线时，拇指指向为线圈（或螺线管） 内部的磁感线方向，其外部与此方向相反。3、磁感应强度（1）磁感应强度是描述磁场的物理量，由磁场自身决定，与是否放入检验电流无 关。（2）磁感应强度是矢量，其方向就是该点磁

8、场方向。当磁场叠加时，磁感应强度 矢量合成。4、安培力（1）安培力的大小不仅与 B、I、L的大小有关，还与电流方向与磁场方向间的夹角有关。f)当通电直导线与磁场方向垂直时，通电导线所受安培力最大，这时安培力F=BIL，当两者平行最小为零， 对于电流方向与磁场方向成任意角的情况，可以把磁感应强度B分解为垂直电流方向和平行电流方向两种情况处理。(2) F=BIL只适用于匀强磁场，对非匀强磁场中，当L足够短时，可以认为导线 所在处的磁场是匀强磁场。(3) 安培力的方向要用左手定则判断，垂直磁感应强度方向，这跟电场力与电场 强度方向之间的关系是不同的。5、安培分子电流假说导体中的电流是由大量的自由电子

9、的定向移动而形成的，而电流的周国又有磁场， 所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的。安培提出在磁铁中分子、原于存在着一 种环形电流一一分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体磁铁的分子电 流的取向大致相同时，对外显磁性；磁铁的分子电流取向杂乱无章时，对外不显磁性。 根据物质的微观结构理论，微粒原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电 子带负电，电子在库仑力的作用下，绕核高速旋转，形成分子电流。假说的意义在于其 揭示了电与磁之间的联系。6、安培力的应用 一一磁电式仪表(1)根据通电导线在磁场中会受到安培力的作用这一原理制成的仪表，称为磁电 式仪表。(2)磁电式仪表的结构5;电溉

10、占(b)电爪农I教学演示电流表的内部结构(3) 磁电式仪表原理由于磁场对电流的作用力方向与电流方向有关，因此，如果改变通过电流表的电流 方向，磁场对电流的作用力方向也会随着改变，指针和线圈的偏转方向也就随着改变， 据此便可判断出被测电流的方向。磁场对电流的作用力跟电流成正比，线圈中的电流越大，受到的作用力也越大，指 针和线圈的偏转角度也越大.因此，指针偏转角度的大小反映了被测电流的大小.只要 通过实验把两者一一对应的关系记录下来，并标示在刻度盘上，这样在使用中，就可以 在刻度盘上直接读出被测电流的大小。例题分析例1、质量为m,长度为L的金属棒ab通过两根细导线水平悬挂在绝缘架下，整个装 置放在

11、竖直方向的匀强磁场中，当金属棒中通入从a至b的电流I后，棒偏离竖直位置a角后又重新平衡，如图所示，求匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向。zF?gtana答案：IL，竖直向上解析：由图可知，棒受到水平向右的安培力，根据安培定则得磁感应强度方向竖直向上,zRgtana由棒平衡得安培力 FA=mgtan 0 =BIL二B=丄.例2、在倾角为0的斜面上，放置一段通有电流强度为 I，长度为L,质量为m的导体 棒a (通电电流方向垂直纸面向里)，如图所示。棒与斜面间摩擦因数口 Fcd，方向相反合力向左，ad、be两边安培力之和为零，所以 C对；因为 四边所受安培力均在线圈平面内，故 ed所受安培力的力矩应

12、为零，D错。9、 当电流从a端流向电磁铁时，根据右手螺旋定则，可知电磁铁的上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N极。10、 答案：1、5、3的左端是N极，而2、4的右端是N极。解析：在磁场中保持静止的小磁针，它的N极一定指向磁场方向，这就需要先判断螺线管周围的磁感线的分布，根据安培定则可知，螺线管内部的磁场方向向左，外部 从左向右返回。所以，1、5、3的左端为N极，而2、4的右端是N极。11、答案：压力减小、摩擦力还是为零。解析：条形磁铁在电流所在处的磁场方向水平向右，利用左手定则可以判断出电流所受的安培力的方向是竖直向下的。由牛顿第三定律可知，电流给磁铁的作用力方向是 竖

13、直向上的，它没有水平分力，因而磁铁仍没有运动趋势，但磁铁对桌面的压力小于其 重力。12、答案：F2解析：加匀强磁场后，导线受到的磁场力是匀强磁场和另一导线的磁场作用力的合 力。因为a， b电流方向相反，所以它们受到匀强磁场的作用力大小相等方向相反，受 彼此的磁场作用力也大小相等方向相反，所以它们受到合力也是大小相等、方向相反， 故b受到的磁场力的大小为 F2。13、答案：1.2T8.0A时，安培力增大，滑动摩擦力5=_ = 12? 皿胡解析：匀速运动时，FA=f滑，当电流增大到大小不变，则 Fa f滑=ma,即卩Bl L BIL=ma ,14、解析：根据天平的原理很容易得出安培力1-mg所以

14、F=NBLI=因此磁感应强度B=二一。15、解析：S闭合前，导体棒受力平衡，故mg=2kx,S闭合后，设弹簧伸长量为 x，棒再次受力平衡F 安 + 2kx=mg,F 安=BIL=BLE/ ( R+ R)解得x=xo : 1*吨.讨论：(1) (R1+ R)mg BLE时，x0,弹簧伸长.(2) (Ri + R)mg=BLE时，x=0，弹簧无形变.(3) (Ri + R2)mg BLE时，xv 0,弹簧压缩.眈E答案：xo : 1 i 一心：“役3所示，当安培力平行于轨道向上16、解析：以金属杆为研究对象，受力情况如图 时F安最小。则 mgsin 0 F 安=0, F 安=BIL, I=上解得所

15、以要使ab杆静止至少加一个磁感强度大小为-二、方向垂直于轨道平面向上的匀强磁场。高考解析1、（ 2009年全国卷I）如图，一段导线 abed位于磁感应强度大小为 B的匀强磁场中， 且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直。线段 ab、be和ed的长度均为L,且/ abe=Zbed=135流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段abed所受到的磁场的作用力的合力（）X% 厂XcXXV/*XXxXXXA 方向沿纸面向上，大小为B 方向沿纸面向上，大小为（龍-1）血C.方向沿纸面向下，大小为（龍+1）肌D.方向沿纸面向下，大小为答案：A解析:该导线可以用a和d之间的直导线长为（屈班来等效代替小为,方向根据左手定则判断A正确2、（ 2009年重庆卷）在题19图所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线 二；1与1“，之间的安培力的大小为二、【，判断这两段导线（）题图A. 相互吸引， :B. 相互排斥， :C. 相互吸引，小 ：D. 相互排斥， :答案：D解析：电键S分别置于a、b两处时，电源分别为一节干电池、两节干电池，而电路中灯 泡电阻不变，则电路中电流lalb，二工 在1处的磁感应强度 Ba Bb,应用安培力公 式F= BIL可知