第9讲：磁场对电流的影响。 教学目标： （1）了解几种常见磁场的磁力线分布特征 （2）能够运用安培定则判断线性电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向 （3）掌握左手定则的应用及安培力的计算 （4）理解磁通量的概念，并能进行相关计算。 教学要点 (1) 利用安培定则确定线性电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向 (2) 磁感应强度，描述磁场特性的物理量 (3) 左-手定则，确定安培力的方向和大小（4）磁通量的概念理解及相关计算教学难点（1）磁感应强度概念的建立，磁感应强度是描述磁场性质的物理量（2） ）利用左手定则确定安培力的方向和大小的教学方法建议采用类比、实验、比较的方式，让学生通过对磁场的客观认识来理解磁感应强度等概念和规律。 素材选取程度和典型事例数量细化。 我们来谈谈训练优化任务： A 类 (2) (3) (10) B 类 (1) (3) (10) C 类 (1) (2) (4) 类别 1. 磁场 1. 磁场 ( 1）定义：磁铁或电流周围有一种特殊物质，可以传递磁铁与磁铁、磁铁与电流、电流与电流之间的相互作用。 这种特殊的物质称为磁场。 这种物质不是由基本粒子组成的。 (2)磁场的产生：①磁铁可以产生磁场； ② 电流可以产生磁场。 （3）磁场方向：作用在小磁针北极（N极，指北极）上的力方向为小磁针静止时北极的方向，即是磁场中该点的磁场方向。
(4)磁场的基本性质：施加在磁铁上的力和置于其中的电流。 2、电流的磁效应 (1)电流对小磁针的作用：通电后，载流导线下与导体平行的小磁针发生偏转。 如图所示。 (2)电流与电流的相互作用：相互平行且靠近的两根导线分别承载同向和相反方向的电流时：同方向的电流相互吸引，相反方向的电流相互排斥彼此。 二、磁感应强度 1、规定磁感应强度的方向：在磁场中的任意一点，当小磁针静止在该位置时，N极的方向就是该位置的磁场方向观点。 或者小磁针北极所受的力的方向就是该点磁场的方向。 2、磁感应强度（1）定义：磁场中垂直于磁场方向的载流导线所受的力（安培力）F与电流I与导线长度的乘积IL之比L称为磁感应强度。 (2)表达式：B在国际单位制中的单位为Test，简称Te，符号T，1T=N/A·m3。 磁感应强度的另一种定义。 磁感应强度也称为磁通密度：磁感应强度等于通过单位面积的磁通量。 即B =φ/S1T = 1 Wb/m2 = 1N/A·m 3. 磁通线 1. 磁通线 (1) 定义：在磁场中画一系列曲线，使得每条曲线的切线方向曲线上的点与该点的磁感应强度方向一致，这样的曲线称为磁感应线。 （2）特点：磁铁外部的磁力线从北极出来返回磁铁的南极，内部的磁力线是从南极到北极； 每条磁力线都是一条闭合曲线，任意两条磁力线不相交； 磁感应强度线上各点的切线方向代表该点的磁场方向； 磁力线的密度代表磁感应强度的大小； 铁屑可用于模拟磁力线的形状。
2、安培定则（右手螺旋定则） （1）内容：用右手握住导线，使直拇指指向与电流方向相同的方向。 弯曲的四根手指的方向指向直线电流磁场。 传感线的缠绕方向。 如图：（2）另一种表达形式：让右手弯曲的四个手指与环电流方向相同，直拇指所指的方向就是磁力线的方向环线的中心轴。 环形电流的磁场： 通电螺线管的磁场如图所示： 右手握住螺线管，用四根手指环绕电流方向。 拇指的方向就是螺线管中磁力线的方向。 如图所示，均匀磁场：磁力线是等间隔的平行直线。 3、安培分子电流假说 (1)安培分子电流假说：安培提出，在原子、分子等物质的粒子内部，存在着一种环电流——分子电流。 分子电流将每个物质粒子变成一个微小的磁铁，其两侧相当于两个磁极。 (2)磁现象的电学本质：磁体的磁场和电流本质上是由移动的电荷产生的。 4、磁场对电流的作用力——安培力 1、安培力方向左手定则：伸出左手，拇指与其他四指垂直，在同一平面内作为手掌，将手放在磁场中，让磁力线垂直穿过手掌，使四个手指指向电流方向，则大拇指指向的方向就是力载流导线在磁场中的方向（如图所示）。 2、通电导线上安培力的大小（当电流为I、导线长度为L、磁场B方向垂直时，通电导线上安培力的大小：F=BIL （最大） 3、磁电式电流表 （1）电流表的组成及磁场分布： 电流表的组成：永磁体、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、表盘。
（最基本的是磁铁和线圈）。 所谓均匀径向分布是指所有磁力线的延长线都经过铁芯的中心。 无论线圈在哪里，线圈平面与磁力线之间的角度都为零。 该磁场不是均匀磁场。 但在以铁芯为中心的圆上磁场对电流的作用，各点的磁感应强度B的大小是相等的。 (2)电流表工作原理：磁场中的通电线圈在安培力的作用下旋转。 电流越大，螺旋弹簧的变形越大。 因此，通过的电流的大小由指针的偏转角度决定。 一、磁感应强度的理解 1、磁感应强度的含义 磁感应强度是反映磁场强度的物理量。 由磁场本身决定，对于磁场中的某个位置，B不会因检测电流和线段长度（电流元素）的变化而变化。 也就是说，在磁场中的某一位置，无论I、L、F如何变化，都与IL的乘积尺寸成比例地变化。 F/IL的比值不变，与IL的产品尺寸无关。 我们不能从纯数学的角度得出磁场中某一点的B与F成正比、与IL成反比的错误结论。 2、磁感应强度的定义与安培力公式的区别。 磁感应强度是一个比率定义，反映了不同位置的磁场强度。 F是指通电导线的电流方向与磁场方向垂直时的磁场力。 此时，通电导线所受到的磁场力最大。 由该公式推导出安培力公式F=ILB，但两者的物理意义不同。 安培力与磁感应强度、导线长度、电流大小和放置方向有关。
二、常见电流磁场的特点及绘制方法比较 1、线性电流的磁场没有磁极，强度不均匀。 距离电线越远，磁场越弱。 绘制方法如图所示。 2、环流磁场两侧分别为N极和S极。 距离环中心越远，磁场越弱。 绘制方法如图所示。 3、通电螺线管磁场两端分别为N极和S极。 管内有均匀磁场，管外有非均匀磁场。 绘制方法如图所示。 三、安培力的理解 1、一般来说，安培力的方向决定了电流和磁场可能不垂直，但安培力必须垂直于电流方向和磁场方向。 当使用左手定则时，磁场不一定垂直穿过。 手掌，只要不穿过手背即可。 2、一般情况下安培力的计算。 如果电流和磁场不垂直，则分解磁场并将垂直分量代入公式，得到F = θ。 3、安培力与库仑力的区别：电荷在电场中某一点所受到的库仑力是一定的，其方向与该点电场方向要么相同，要么相反。 电流在磁场中某处所施加的磁力与电流在磁场中的方向有关。 当电流方向与磁场方向平行时，电流上的安培力最小，为零； 当电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的安培力为 最大安培力等于BIL。 一般情况下，安培力大于零且小于BIL，其方向垂直于磁场方向。 4、通电导线在安培力作用下的动作判断。 无论是电流还是磁铁，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的。 为了准确判断导线受力的变化或导线将要发生的运动，需要确定导线上的安培力。
因此，我们首先要了解导线所在位置的磁场分布，然后根据左手定则做出判断。 下面，我们通过实例介绍几种常用的分析方法。 电流元法：导体所在位置的磁场可能很复杂，无法立即通过左手定则确定。 此时，可以将整个导体分为多段直流元件，并且可以先利用左手定则来确定各电流元件的力的方向。 然后确定整个导体上的合力方向，从而确定导体运动的方向。 等效方法：一个环流可以相当于一个小磁针，一个通电线圈可以相当于一个条形磁铁或多条环流，反之亦然。 特殊位置法：通过将通电导线旋转到便于分析的特殊位置来确定运动方向，进而确定其安培力的方向。 推理方法：利用两根平行直线的相互作用定律，两根平行的直流电流在相互作用过程中没有旋转的趋势。 同方向的电流相互吸引，相反方向的电流相互排斥。 当两个不平行的直流相互作用时，存在旋转趋势。 平行且相同的电流方向。 转换研究对象法：因为电流之间以及电流与磁铁之间的相互作用满足牛顿第三定律。 为了定性分析磁铁在电流磁场作用下如何运动，我们可以先分析当前磁场中磁铁所受的安培力，然后利用牛顿第三定律求出当前磁铁所受的力，从而确定磁铁上的合力和运动方向。 如图所示，用吊线将蹄形磁铁悬挂在O点。 磁铁正下方有一根固定的水平长直丝。 当电流在导线中从左向右流动时，蹄形磁铁的运动将是()A。 静止 B. 从纸面向外平移 C. N 极向纸面外侧移动，S 极向纸面内侧旋转 D. N 极向纸面内侧旋转，S 极向纸面内侧旋转纸张的外侧。 分析：方法1 要确定磁铁的旋转，需要知道通电导线对蹄形磁铁施加的力。 然而，很难确定施加在磁铁上的力。 我们可以假设，当磁铁不动时，考虑电线上的力，然后根据牛顿第三定律确定磁铁上的力。
首先画出导线所在位置的磁力线分布。 如图所示，导线左右两侧的磁场方向不同，因此导线分为左右两部分。 根据左手定则，我们可以知道左边的导线是向内作用的。 用力，右侧向外旋转。 现在电线已固定，蹄磁铁可以自由旋转。 磁铁的旋转方向与导线的旋转方向相反，因此蹄磁铁的N极向外旋转，S极向内旋转。 即选项C正确。 。 方法二：我们可以用等效法，将蹄形磁铁等同于“小磁铁”。 如图所示，根据右手螺旋定则判断通电导线的磁场分布，可以看出，通电导线上的磁场方向与纸面垂直，且那么根据磁场的方向来判断，“小磁铁”的N极受力的方向与磁场的方向一致。 因此，“小磁针”的N极受到向外的力。 N极向外旋转，S极向内旋转。 选项C是正确的。 。 【例1】如图所示，放置在通电螺线管中间的小磁针，静止时N极指向右侧。 尝试判断电源的正负极。 〖要点〗本题涉及右手螺旋定则和磁力线方向的知识。 〖分析〗小磁针的N极的方向就是那里磁场的方向英语作文，所以螺线管内部的磁力线方向是从a→b。 根据右手螺旋定则，可以确定电流从c端流出，从d端流入，因此c端为电源正极，d端为负极。 〖解答〗见分析。 为了进行训练，一束带电粒子在固定的小磁针正上方平行于水平方向飞行。 此时，磁针的N极向纸张外侧偏转。 该带电粒子束可能是 ( ) 向右飞行的正离子束。 正离子束向左飞 C.负离子束向右飞 D.负离子束向左飞 【分析】小磁针 N 极受力的方向由小磁针的旋转方向决定磁针，然后根据安培定律确定产生磁场的电流。 方向，最终确定离子的电性质和运动方向。
由此可以判断，题中小磁针所在的磁场方向与纸面外侧垂直，电流方向向左。 如果是正离子束，离子将飞向左侧。 选B。如果是负离子束，离子会向右飞，选C。 【答案】 BC 【例2】下列关于磁感应强度的说法中，正确的是（ ） A.当有电流时-载线置于磁场中，电流越大，其受到的磁场力越大，即那里的磁感应强度越大。 B. 磁力线的方向就是磁感应强度的方向 C. 置于垂直磁场中的通电导线所受的力的方向就是磁感应强度的方向 D. 磁力的大小和方向感应强度与放置在磁场中的通电导线中的电流大小无关。 导线的长度、导线的方向等都与此无关。 〖要点〗 本题涉及到磁感应强度等知识的理解。 〖分析〗磁感应强度的方向“与置于垂直磁场中的通电导线上的力方向相同”。 这是错误的。 这一点要与“电场强度的作用力方向与正电荷的作用力方向相同”区别开来； 用定义看关于磁感应强度的大小，注意控制变量法在物理学中的应用，所以选项A是错误的； 磁感应线某一点的切线方向就是该点磁感应强度的方向。 这里需要注意的是“切线方向”和“指向”是不同的； 因此答案B是错误的。 因此本题答案为 D。 〖答案〗D 用于训练 1.下列说法正确的是（ ） A. 磁场中某一点的磁感应强度可按下式测量：当短路时将一段通电导线放置在该点，磁场力乘以导线长度与流过导线的电流之比为B。如果载流导线在某一点不受磁场力的影响，点，该点的磁感应强度必定为零 C。磁感应强度只是一个定义。 其大小取决于场源和在磁场中的位置，与磁场中载流导线的方向无关。 D、载流导线上磁场力的方向就是磁场的方向 【解析】本题结合安培力来考察磁感应强度。 这里要注意安培力公式的适用条件。
答案是C〖答案〗C2。 在等边三角形的a、b、c三个顶点处，有一根长直的金属丝垂直穿过纸张。 导线中有大小相等的恒定电流，其方向如图所示。 穿过 c 点的导线上的安培力方向 () A. 平行于 ab 边，垂直向上 B. 平行于 ab 边，垂直向下 C. 垂直于 ab 边，指向左侧 D. 垂直于 ab 边，指向右边 【分析】本题考察左手定则的应用。 导线a在c处产生的磁场方向可由安培定则确定，即垂直ac向左。 同理，导线b在c处产生的磁场方向垂直于bc且向下。 根据平行四边形法则，经过c的点之和场方向与ab平行。 根据左手定则，可以判断导线c上的安培力垂直于边ab并指向左侧。 选C。 【答案】C 【例3】如图所示，在垂直于磁棒轴线的同一平面内有两个圆形线圈A、B。 两个线圈中哪一个的磁通量更大？ 〖教学说明〗本题考查关于条形磁铁磁力线分布特征及正负磁通的知识。 〖分析〗条形磁铁内部的磁力线是从S极到N极，外部磁力线是从N极到S极。又因为磁感应线是闭合的，所以条形磁铁内部的磁感应线数量为与外部磁感应线的数量相同，内密外疏。 对于线圈A和B，向上穿过的磁力线数量相同，但向下穿过的磁力线在线圈A中比在线圈B中少。因此，向上或向下穿过线圈的磁力线是感应线相互抵消，总体而言，通过线圈 A 的磁通量大于通过线圈 B 的磁通量。
〖解答〗通过线圈A的磁通量很大。 训练用 1.如图所示，水平放置的扁条形磁铁，在磁铁左端正上方有一个线框。 线框的平面垂直于磁铁。 当线框从左端正上方向右端正上方水平方向平移时磁场对电流的作用，经过它的磁通量的变化是() A. 先减小后增大 B. 一直减小 C. 一直减小先增加后减少〖分析〗Φ=B·S 计算公式使用时有条件。 B是均匀磁场，且要求B与S垂直。因此，在磁感应强度高的地方，磁通量不一定就大，而本题中两极上方的磁场并不是a均匀磁场，且磁场与正上方线框平面之间的夹角未知，因此难以定量计算并绘制条形磁体磁力线空间分布的剖面图，如图所示。 用Φ=B·S定性判断通过闭合线圈的磁通量先增大后减小，选D。〖答案〗D2． 如图所示，框架的面积为S，框架平面与磁感应强度为B的均匀磁场方向垂直，则穿过线框架平面的磁通量是; 如果将框架旋转60°（绕轴线OO/的角度，则通过导线框架平面内的磁通量为；如果将框架旋转180°（从初始位置开始）角度，则通过导线的磁通量为【分析】 磁通量公式=B·S，其中S指的是垂直于B方向的面积，此外，需要注意的是，磁通量是一个双向标量。正数，旋转180(即为负数。 =B·S, =B·(=BS, =BS(((BS)=2BS.
〖解答〗见分析。 [实施例4] 将质量为m的带电细棒ab放置在倾斜角为θ的平行导轨上。 导轨的宽度为d。 杆ab与导轨之间的摩擦系数为μ。 当有电流时，ab恰好静止在导轨上。 如图所示为沿ba方向看的四个平面图。 标记了四个不同的均匀磁场方向。 其中，杆与导轨之间的摩擦力可以为零。 () 【说明】本课题考察安培力在力平衡问题中的应用。 〖分析〗杆上的应力为： 〖解答〗AB 为训练用 1.（2010·上海卷）如图所示，将一根长度为 的直丝劈成边长相等的 V 形夹角为 ，置于垂直于其平面的均匀磁场中，磁感应强度为： 当通有电流强度为 的电流时 考察安培力的计算。 导线的有效长度为°=l，因此V形通电导线所受到的安培力为。 选C。 【答案】C2。 如图所示，在水平工作台上放置一块条形磁铁，在磁铁的左上侧固定一根与磁铁垂直的长直导线。 当导线按如图（）方向通电时 A.磁铁对桌面的压力减小，受到向左的摩擦力 B.磁铁对桌面的压力减小，受到向右的摩擦力 C. 磁铁对桌面的压力增大，受到向左的摩擦力 D. 磁铁对桌面的压力增大，受到向左的摩擦力对【分析】导线所在磁场方向沿磁力线切线方向斜向下，在水平和垂直方向上分解，如图所示。
对于电线：Bx产生的效果是磁场力的方向垂直向上，By产生的效果是磁场力的方向水平向左。 根据牛顿第三定律：导线作用在磁铁上的力有垂直向下的力，因此磁铁对桌子的压力增大； 电线作用在磁铁上的力有一个向右的水平力。 因此，磁铁有向右移动的趋势，因此磁铁与桌面之间会产生摩擦力。 桌面和磁铁之间的摩擦力水平向左移动。 选项C是正确的。 〖答案〗C3. 将质量m=0.02kg的通电细棒置于倾斜角α=37°的平行导轨上。 导线的宽度为d=0.2m。 杆ab与导轨之间的动摩擦因数μ=0.4。 磁感应强度B=2T的均匀磁场垂直于导轨平面，方向向上，如图所示。 现在调节变阻器盒的触点，试求使ab 杆静止时流过ab 杆的电流范围是多少？ 〖分析〗电流的大小不同，杆上的安培力也不同，会导致杆上最大静摩擦力的方向发生变化。 当电流最小时，静摩擦力沿斜坡向上； 当电流最大时，静摩擦力沿斜坡向下。 由目标平衡条件：BI1L-mgsinα+μN =0BI2L-mgsinα-μN =0，可解I1=0.14AI2=0.46A。 电流值范围为0.14A ~0.46A【解答】电流值范围为0.14A~0.46A1。 根据磁感应强度的定义，磁场中某处的磁感应强度大小 ( ) A. 随着通电导线中的电流 I 减小而增大 B. 随着 IL 乘积减小而增大 C. D 随着磁感应强度增大而增大通电线上的场力 F 增大。 与 F、I、L 的变化无关 2. 下列说法正确的是（ ） A. 如果某处电荷不受电场力的影响，则该处的电场强度为零 B.如果一小段通电导线某处不受磁场力的影响，则该处的磁感应强度一定为零C。表征该点电场强度的大小是测试时所受到的电场力的比值。放置在该点的电荷与测试电荷本身的电荷 D. 表征磁场中某一点的强度是在该点放置一小段通电导线时所经历的磁场力与导线短截面长度与电量的乘积 3、如图所示，电流从A分流成两路，通过对称的环形支路汇聚到B点。 环形分支中心的磁感应强度为 A、垂直圆形分支所在平面、指向“纸内” B、垂直圆形分支所在平面、指向“纸外” C.指向环支平面内的BD。 磁感应强度为零4。如图所示，表示均匀磁场中的直导体上的磁力。 磁感应强度B，电流I和磁场力F为（）5中的不正确方向关系。关于磁场线，以下哪个陈述是正确的（）A。磁场线实际上存在于实际上存在的线磁场B.磁场线上任何点的切线方向与该点的磁场方向一致。磁场线是未封闭的曲线D.磁场线可能相交6。（2009·海南体积）弹性线很容易变形并在两端固定。
电线中的电流在图中的箭头所示的方向上流动。 当没有磁场时，电线处于直态状态：当添加一个均匀的磁场，该磁场垂直向上向上，水平向右或垂直于纸的外部，则描述了四个图的正确之一电线状态为（）7。磁性诱导强度为（）A。A.点A B. B点C点D.点D 8.沿相同方向相等的电流； 另一条可自由移动的电线沿纸沿着直线M和N等待。 AB，然后通电导体AB的情况为（）A。 末端向纸的外部转弯，末端b转到纸的内部D。结束纸的内部，末端B转到纸的外部9.赤道附近的地磁磁场可以是被视为沿南北方向的均匀磁场，磁性感应强度为B。如果赤道上方的东西方方向有一条直线，长度为l，电流I从东向西流动，然后，这条线上的地磁场施加的力朝向。 10.如图所示，被绝缘线悬挂的环形导体位于垂直于其平面和右侧的均匀磁场中。 如果环导体沿图中显示的方向携带一个电流I，请尝试确定环导体的运动。 。 1.北京的同学悬挂了一台带有均匀质量分布的条形磁铁，并使其保持平衡和水平。 悬浮线将条形磁体绑在一起的位置为A。