磁场基本概念、安培力

2024年2月28日发(作者：一般将来时教案)

磁场基本概念 安培力

一、基本概念

1.磁场的产生: ⑴磁极周围有磁场。

⑵电流周围有磁场（奥斯特）。

安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。（但这并不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发现变化的电场也能产生磁场。）

⑶变化的电场在周围空间产生磁场。

2.磁场的基本性质:磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。这一点应该跟电场的基本性质相比较。

3.磁场力的方向的判定:磁极和电流之间的相互作用力（包括磁极与磁极、电流与电流、磁极与电流），都是运动电荷之间通过磁场发生的相互作用。因此在分析磁极和电流间的各种相互作用力的方向时，不要再沿用初中学过的“同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引”的结论（该结论只有在一个磁体在另一个磁体外部时才正确），而应该用更加普遍适用的：“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，或用左手定则判定。

4.磁感线

⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。

⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。

⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线：

地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行导线周围磁场

⑷安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。

5.磁感应强度

BF（条件是匀强磁场中，或ΔL很小，并且L⊥B

）。

IL2磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/（Am）=1kg/（As）

6.磁通量:可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量。

二、安培力 （磁场对电流的作用力）

1.安培力方向的判定:左手定则

例1.磁场对电流的作用力大小为F＝BIL（注意：L为有效长度，电流与磁场方向应 ）．F的方向可用 定则来判定．

试判断下列通电导线的受力方向．

× × × × ． ． ． ．

× × × × ． ． ． ．

B

× × × × ． ． ． ．

． × × × × ． ．×

．

I

试分别判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向．

×

×

F

B

例2.如图所示，可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？

例3. 条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会＿＿＿（增大、减小还是不变？）。水平面对磁铁的摩擦力大小为＿＿＿。

2.安培力大小的计算:F=BLIsinα（α为B、L间的夹角）高中只要求会计算α=0（不受安培力）和α=90°两种情况。

例4. 如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L ，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止。求：⑴B至少多大？这时α

B的方向如何？⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，α

应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？

例5.如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）并经开关S与电a

b

源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ；将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中液面将S

出现高度差。若当开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差A

A

为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小。

例6.如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈共有N匝，它的下部悬在均匀磁场B内，下边一段长为L，它与B垂直。当线圈的导线中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向，这时需要在一臂上加质量为m的砝码，才能使两臂再达到平衡。求磁感应强度B的大小。

三、与地磁场有关的电磁现象综合问题

1.地磁场中安培力的讨论

－5例7.已知北京地区地磁场的水平分量为3.0×10T.若北京市一高层建筑安装了高5100m的金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，某一时刻的放电电流为10A，此时金属杆所受培力的方向和大小如何？

2.如何测地磁场磁感应强度的大小和方向:地磁场的磁感线在北半球朝向偏北并倾斜指向地面，在南半球朝向偏北并倾斜指向天空，且磁倾角的大小随纬度的变化而变化.若测出地磁场磁感应强度的水平分量和竖直分量，即可测出磁感应强度的大小和方向.

例8.如图示为北半球一条自西向东的河流，河两岸沿南北方向的A、B两点相距为d.若测出河水流速为v，A、B两点的电势差为U，即能测出此地的磁感应强度的垂直分量B⊥.

四、针对训练：

1. 下列说法中正确的是( )

A.磁感线可以表示磁场的方向和强弱

B.磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极

C.磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场

D.放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极

2.关于磁感应强度，下列说法中错误的是( )

A.由B=F/IL可知，B与F成正比，与IL成反比

B.由B=F/IL可知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场

C.通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强

D.磁感应强度的方向就是该处电流受力方向

3.一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，则电子流产生的磁场在z轴上的点P处的方向是( )

A.沿y轴正方向 B.沿y轴负方向

C.沿z轴正方向 D.沿z轴负方向

4.在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针N极向东偏转，则（ ）

A.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针

B.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C.可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过

D.可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过

5.两根长直通电导线互相平行，电流方向相同.它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处.如图所示，两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度是（ ）

A.2B

B.B C.0 D.3B

6.磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是（ ）

A.分子电流消失 B.分子电流的取向变得大致相同

C.分子电流的取向变得杂乱 D.分子电流的强度减弱

7.根据安培假说的思想，认为磁场是由于电荷运动产生的，这种思想对于地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷，那么由此判断，地球应该（ ）

A.带负电 B.带正电 C.不带电 D.无法确定

8. 关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场作用力的方向，正确的说法是（ ）

A.跟电流方向垂直，跟磁场方向平行 B.跟磁场方向垂直，跟电流方向平行

C.既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直

D.既不跟磁场方向垂直，又不跟电流方向垂直

9.如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ=30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的磁场力，可采取下列四种办法，其中不正确的是（ ）

A.增大电流I

B.增加直导线的长度

C.使导线在纸面内顺时针转30° D.使导线在纸面内逆时针转60°

10.如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使M N垂直纸面向外运动，可以（ ）

A.将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极

B.将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极

C.将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极

D.将a、c端接在交流电源的一端，b、d接在交流电源的另一端

11.如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）

A.F2 B.F1－F2

C.F1＋F2 D.2F1－F2

12.长为L，重为G的均匀金属棒一端用细线悬挂，一端搁在桌面上与桌面夹角为α，现垂直细线和棒所在平面加一个磁感应强度为B的匀强磁场，当棒通入如图所示方向的电流时，细线中正好无拉力.则电流的大小为_______ A.

13.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10 km/s的电磁炮（常规炮弹速度大小约为2 km/s），若轨道宽2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为_______ T，磁场力的最大功率P=_______ W（轨道摩擦不计）.

参考答案： 3.A 4.C 5.D 6.C 7. A 8.C 9.C

11.A α/BL

13. 55，1.1×10