1、 1辅导讲义学员姓名： 年 级：高二 辅导科目：物理 课 题 磁场基本概念及安培力教学目标掌握电流的磁场、安培定则；了解磁性材料，分子电流假说掌握磁感应强度，磁感线，知道地磁场的特点掌握磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则能够分析计算通电直导线在复合场中的平衡和运动问题。重点、难点 教学重点：磁场对通电直导线的作用，安培力教学难点：通电直导线在复合场中的平衡和运动问题考点及考试要求 磁场的理解,安培力的判断及相关计算,直导线的运动情况分析.教学内容磁场基本概念及安培力一、基本概念1.磁场的产生磁极周围有磁场。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
2、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。 ）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
3、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。24.磁感线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。磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同） 。要熟记常见的几种磁场的磁感线：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（条件是匀强磁场中，或 L 很小，并且 LB ） 。ILFB磁感应强度是矢
4、量。单位是特斯拉，符号为 T，1T=1N/（Am）=1kg/（As 2）6.磁通量如果在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为 S，则定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面的磁通量，用 表示。 是标量，但是有方向（进该面或出该面） 。单位为韦伯，符号为Wb。1W b=1Tm2=1Vs=1kgm2/（A s2） 。可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量。地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行导线周围磁场3在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B= /S，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀强磁场中，当 B 与S 的夹角为 时，有 =BSsin 。二、安培力 （磁场对电流的作
5、用力）1.安培力方向的判定用左手定则。用“同性相斥，异性相吸” （只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时） 。用“同向电流相吸，反向电流相斥” （反映了磁现象的电本质） 。可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁） 。【例 1】磁场对电流的作用力大小为 FBIL（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 试分别判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向【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？解：先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培
6、力的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动（不要说成先转 90后平移） 。分析的关键是画出相关的磁感线。I B BBFF BSNI4i【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。解：本题有多种分析方法。画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如图中粗虚线所示） ，可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力。画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示） ，可看出导线受到的安培力竖直向下，
7、因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，所以互相吸引。【例 4】 如图在条形磁铁 N 极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转。 （本题如果用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”将出现判断错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情况。 ）【例 5】 电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个
8、方向偏转？解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥” ，可判定电子流向左偏转。 （本题用其它方法判断也行，但不如这个方法简洁） 。2.安培力大小的计算F=BLIsin （ 为 B、L 间的夹角）高中只要求会计算 =0（不受安培力）和 =90两种情况。NSF FF /FS N5【例 6】 如图所示，光滑导轨与水平面成 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：B 至少多大？这时 B
9、的方向如何？若保持 B 的大小不变而将 B 的方向改为竖直向上，应把回路总电流 I2 调到多大才能使金属杆保持静止？解：画出金属杆的截面图。由三角形定则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B 也最小。根据左手定则，这时 B 应垂直于导轨平面向上，大小满足：BI1L=mgsin ， B=mgsin /I1L。当 B 的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2Lcos =mgsin ，I 2=I1/cos 。 （在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系） 。【例 7】如图所示是一个可以用来测
10、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与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为 ；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为 h，电路中电流表的读数为 I，求磁感应强度 B 的大小。解析：开关 S 闭合后，导电液体中有电流由 C 流到 D，根据左手定则可知导电液体要受到向右的安培力 F作用，在液体中产生附
11、加压强 P，这样 a、b 管中液面将出现高度差。在液体中产生附加压强 P 为ghdBILFP.所以磁感应强度 B 的大小为： Id.【例 8】安培秤如图所示，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。BAa bACDS6解析：根据天平的原理很容易得出安培力 F= ，mg21所以 F=NBLI= mg21因此磁感应强度 B= 。NLI三、与地磁场有关的电磁现象综合问题地磁
12、场中安培力的讨论【例 9】已知北京地区地磁场的水平分量为 3.0105 T.若北京市一高层建筑安装了高 100m 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 105A，此时金属杆所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？分析：首先要搞清放电电流的方向.因为地球带有负电荷，雷雨放电时，是地球所带电荷通过金属杆向上运动，即电流方向向下.对于这类问题，都可采用如下方法确定空间的方向：面向北方而立，则空间水平磁场均为“” ；自己右手边为东方，左手边为西方，背后为南方，如图 2 所示.由左手定则判定电流所受磁场力向右（即指向东方） ，大小为FBIl3.010 5 105100300（N
13、）.因为磁力与通电导线的长度成正比，可认为合力的作用点为金属杆的中点，所以磁力矩M F l 3001001.510 4（N m）.21用同一方法可判断如下问题：一条长 2m 的导线水平放在赤道上空，通以自西向东的电流，它所受地磁场的磁场力方向如何？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7C.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= 可知，B 与 F 成正比，与 IL 成反比
14、ILB.由 B= 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，由此可知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
15、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. B36.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8D.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
16、 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 =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 IB.增加直导线的长度C.使导线在纸面内顺时针转 30D.使导线在纸面内逆时针转 6010.如图所示，线圈 abcd 边长分别为 L1、L 2，通过的电流为 I，当线圈绕 OO轴转
17、过 角时A.通过线圈的磁通量是 BL1L2cosB.ab 边受安培力大小为 BIL1cosC.ad 边受的安培力大小为 BIL2cosD.线圈受的磁力矩为 BIL1L2cos11.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9D.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12.（2000 年上海高考试题）如图所示，两根平行放置的长
18、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.F1F 2C.F1F 2 D.2F1F 213.如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用B.磁铁对桌面的压力减小，受到桌面的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大，受到桌面的摩擦力作用14.长为 L，重为 G 的均匀金属棒一端用细线悬挂，一
19、端搁在桌面上与桌面夹角为 ，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.15.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）.16.如图所示，在两根劲度系数都为 k 的相同的轻质弹簧下悬挂有一根导体棒 ab，导
20、体棒置于水平方向的匀强磁场中，且与磁场垂直.磁场方向垂直纸面向里，当导体棒中通以自左向右的恒定电流时，两弹簧各伸长了 l 1；若只将电流反向而保持其他条件不变，则两弹簧各伸长了 l 2，求：（1）导体棒通电后受到的磁场力的大小?（2）若导体棒中无电流，则每根弹簧的伸长量为多少?1017.如图所示，在倾角为 30的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为 L，质量为 m 的通电直导体棒，棒内电流大小为 I，方向垂直纸面向外.以水平向右为 x 轴正方向，竖直向上为 y 轴正方向建立直角坐标系.（1）若加一方向垂直斜面向上的匀强磁场，使导体棒在斜面上保持静止，求磁场的磁感应强度多大？（2）若加一方向垂直水平面
21、向上的匀强磁场使导体棒在斜面上静止，该磁场的磁感应强度多大.18.在原子反应堆中抽动液态金属时，由于不允许转动机械部分和液态金属接触，常使用一种电磁泵.如图 13413 所示是这种电磁泵的结构示意图，图中 A 是导管的一段，垂直于匀强磁场放置，导管内充满液态金属.当电流 I 垂直于导管和磁场方向穿过液态金属时，液态金属即被驱动，并保持匀速运动.若导管内截面宽为 a，高为 b，磁场区域中的液体通过的电流为 I，磁感应强度为 B.求：（1）电流 I 的方向；（2）驱动力对液体造成的压强差.参考答案1.AC 2.ABCD 3.A 4.C 5.D 6.C 7. A 8.C 9.C 10.D11.ABD 可先由安培定则判定磁场方向，再由左手定则判定通电导线的受力方向.12.A13.A 变换研究对象，根据磁感线分布及左手定则，先分析通电长直导线受力情况，再由牛顿第三定律分析磁铁和桌面之间的作用1114.Gcos /BL15. 55，1.110 716.（1）k（l 2-l 1） （2） （l 1+l 2）17.（1） （2）ILmgIg318.（1）电流方向由下而上 （2）把液体看成由许多横切液片组成，因通电而受到安培力作用，液体匀速流动时驱动力跟液体两端的压力差相等，即 F=pS，p=F/S=IbB/ ab=IB/a.
