磁场 磁场对电流的作用

第九讲 磁场 磁场对电流的作用

（1）知道几种常见磁场的磁感线分布特点 教学目标 （2）会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向（3）掌握左手定则的运用以及安培力大小的计算 （4）理解磁通量的概念并能进行有关计算 （1）用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向 教学重点 （2）描述磁场性质的物理量磁感应强度 （3）左手定则，安培力的方向确定和大小的计算 （4）磁通量的概念理解与有关计算 （1）描述磁场性质的物理量磁感应强度概念的建立 教学难点 （2）左手定则的运用安培力的方向确定和大小的计算 利用类比法、实验法、比较法使学生通过对磁场的客观认识去理解磁感应强度等概念与规律 选材程度及数量 A类 B类 C类 典型例题精讲 （ 2 ）道 （ 1 ）道 （ 1 ）道 针对训练 （ 3 ）道 （ 3 ）道 （ 2 ）道 优化作业 （ 10）道 （ 10 ）道 （ ４）道 教学方法建议

一、磁场

1. 磁场

（1）定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体、磁体和电流、电流和电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。这种物质并非由基本粒子构成。

（2）磁场的产生：①磁体能产生磁场；②电流能产生磁场。

（3）磁场的方向：小磁针北极（N极，指北极）受力的方向即小磁针静止时北极所指方向，为磁场中该点的磁场方向。

（4）磁场的基本性质：对放入其中的磁体和电流产生力的作用。

2. 电流的磁效应

（1）电流对小磁针的作用：

通电后，通电导线下方的与导线平行的小磁针发生偏转。如图所示。 （2）电流和电流间的相互作用：

当互相平行而且距离较近的两条导线，分别通以方向相同和方向相反的电流时有：同向电流相吸，异向电流相斥。

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二、磁感应强度

1.磁感应强度的方向

规定：在磁场中的任意一点，小磁针在该位置静止时，N极的指向即为该点的磁场方向。或小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。 2．磁感应强度的大小

（1）定义： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力）F跟电流I和导线长度L 的乘积IL的比值叫磁感应强度。 （2）表达式：B?F 国际单位制中B的单位是特斯特，简称特，符号T， 1T=N/A·m IL

温馨提示： ①磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。由磁场本身决定，与导线的长度和电流的大

小无关；②在不同的磁场中B的值不同（即使同样的电流导线的受力也不一样）。

3. 磁感应强度的另一种定义

磁感应强度也叫磁通密度：磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。 即B =φ/S 1T = 1 Wb/m2 = 1N/A·m

温馨提示：磁通量：磁感应强度B与线圈面积S的乘积，叫穿过这个面的磁通量。表达式：?=BS

单位：韦伯，简称韦，符号Wb 。 1Wb = 1T·m 2。

①对于磁通量的计算要注意条件，即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。②磁通量是标量，但有正、负之分。

三、磁感线

1.磁感线

（1）定义:在磁场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。

1磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极； （2）特点：○

2每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交； ○

3磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向； ○

4磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小； ○

5可用铁屑模拟磁感线的形状。 ○

温馨提示：①磁感线不是客观存在，而是为了研究问题的方便而假想出来的。 ②电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线。

2. 安培定则（右手螺旋定则）

（1）内容：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致， 弯曲的四指所指的方向就是直线电流磁感线的环绕方向。如图所示：

（2）另一表述形式：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。

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环形电流的磁场：如图所示

通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，四指环绕电流方向，拇指方向即为螺线管内磁感线的方向。如图所示

匀强磁场：磁感线是一些间隔相同的平行直线。 3．安培分子电流假说

（1）安培分子电流假说：安培提出的在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流----分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。

（2）磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的。

温馨提示：“假说”是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理论的建立过程中，

“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分

子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。 四、磁场对电流的作用力----安培力

1．安培力的方向

左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向（如图）。

2. 安培力的大小

通电导线（电流为I、导线长为L和磁场B方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F =BIL（最大）

温馨提示：①安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂

直于磁感线和通电导线所在的平面。②当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，安培力的大小：

F = ILBsinθ 两种特例：即 F =ILB(I⊥B)和F = 0(I∥B)。

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：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘。（最基本的是磁铁和线圈）。 所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。

（2）电流表的工作原理：

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磁场中通电线圈在安培力的作用发生转动，电流越大，螺旋弹簧的形变也越大。从而由指针偏转角度的大小判定通过电流的大小。

一、对磁感应强度的理解

1.磁感应强度的意义

磁感应强度是反映磁场强弱的物理量。由磁场自身决定的，对确定的磁场中某一位置来说，B并不因探测电流和线段长短（电流元）的改变而改变，也就是说在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL的大小不会改变，跟IL的乘积大小无关。不能单纯从数学角度出发得出磁场中某点的B与F成正比，与IL成反比的错误结论。

2.磁感应强度定义式与安培力公式的区别 磁感应强度B?F是比值定义式，它反映了各不同位置处磁场的强弱程度。F是指通电导线电流方ILF公式变形而得的，但两者的物理意义却有不同。安培力与磁感应强IL向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力，此时通电导线受到的磁场力最大。

安培力公式F ＝ILB是从B?度、导线长度、电流大小及放置方向有关。

二、常见电流磁场的特点及画法比较

1.直线电流的磁场

无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱，画法如图所示。

2.环形电流的磁场

两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图所示。

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3通电螺线管的磁场

两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁场，画法如图所示。

温馨提示：由于后面的安培力、洛伦兹力、电磁感应与磁感应强度密切相关，几种常见磁场的磁

感线的分布是一个非常基本的内容，掌握不好，后面的学习会受很大影响。磁场是分布在立体空 间的，要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面的画法。

三、对安培力的理解

1.一般情形的安培力方向判定

电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背穿过就行。

2.一般情形的安培力大小计算

如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可F = ILBsinθ。 3.安培力与库仑力的区别

电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL，一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场方向垂直。

4. 在安培力作用下通电导线运动情况的判断

不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，要准确判断导线受力情况的变化或导线将要发生的运动，就要判断导线所受的安培力。因此必须先清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则再进行判断。下面结合例题，介绍几种常用的分析方法。

电流元法：导线所在位置的磁场可能比较复杂，不能马上用左手定则来判断，这时可把整段导线分为多段直流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向。

等效法：环形电流可等效成小磁针，通电旋管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成。 特殊位置法：通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其安培力方向，从而确定运动方向。

推论法：利用两平行直导线的相互作用规律，两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流相吸引，反向电流相排斥；两不平行直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势。

转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律。这样定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析磁体在电流磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。

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