磁场对通电导体的作用力

磁场对通电导体的作用力

磁场对通电导体的作用力

【学习目标】

1．掌握左手定则，理解电流的方向以及磁场对电流的作用力方向三者之间的关系。

2．掌握安培力的计算，能够理解一些安培力作用的现象和应用，能够熟练地计算通电直导体在匀强磁场中受到的安培力。

3．知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。

【要点梳理】

要点一、对安培力的理解

要点诠释：

1．安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，其作用点可等效在导体的几何中心．

2．安培力的方向

在解决有关磁场对电流的作用的问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培力的方向时要注意以下三点：

（1）安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场

和电流所决定的平面．因此，在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．（2）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流和磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．

（3）注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系．安培力的方向与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．现把安培力和电场力做如下比较：

内容

力

项目

电场力安培力研究对象点电荷电流元

受力特点正电荷受力方向，与电

场方向相同，沿电场线

切线方向，与负电荷受

力方向相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直

判断方法结合电场方向和电荷

正、负判断用左手定则判断

注意：若已知B、I方向，则由左手定则得F

安

的方

向被唯一确定；但若已知B（或I）、F

的方向，由于B

安

只要穿过手心即可，则I（或B）的方向不唯一．

3．安培力的大小

（1）计算公式：F BILsin

=θ

（2）对公式的理解：公式F BILsin

=θg，

=θ可理解为F(Bsin)IL 此时Bsinθ为B沿垂直I方向上的分量，也可理解为=θ，此时Lsinθ为L沿垂直B的方向上的投影长度，F BI(Lsin)

也叫“有效长度”，公式中的θ是B和I方向问的夹角．注意：

①若导线是弯曲的，此时公式F BILsin

=θ中的L并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端．

②安培力公式一般用于匀强磁场．在非匀强磁场中很短的导体也可使用，此时B的大小和方向与导体所在处的B的大小和方向相同．若在非匀强磁场中，导体较长，可将导体分成若干小段，求出各段受到的磁场力，然后求合力．

要点二、安培力作用下通电导体运动方向的判定方法要点诠释：

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，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：

电流元法把整段导线分为多段直电流元，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铁，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过

来等效也成立

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，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向

结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互

相排斥；两不平行的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，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向

注意：

（1）判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称关系的电流元．

（2）利用特殊位置要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向．

要点三、电流表的工作原理、灵敏度及特点

要点诠释：

1．电流表的工作原理：

（1）均匀辐向磁场

蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（如图所示），不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．线圈所处的磁感应强度的大小都相同．

（2）工作原理

如图所示，设线圈所处位置的磁感应强度大小为B ，线圈长为L ，宽为d ，匝数为n ，当线圈中通有电流I 时，安培力对转轴产生力矩：122d M F F d ⎛⎫=⨯⨯=⋅ ⎪⎝⎭

，安培力的大小为：F nBIL =．故安培力的力矩大小为1M

nBILd nBIS

==（S 为线圈的面积）． 当线圈发生转动时，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，安培力的力矩不变．

当线圈转过θ角时，这时指针偏角也为θ角，螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩为M 2，对线圈，根据力

矩平衡有12M M =．

设弹簧材料的扭转力矩与偏转角成正比，且为2M k =θ。

由nBIS k =θ得nBS I k

θ=。 其中k 、n 、B 、S 是一定的，因此有I ∝θ．

由此可知：

①线圈上指针的偏转角度θ与通入的电流I 成正比，所以电流表刻度盘上的刻度是均匀的，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．

②线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之改变．所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向．

2．电流表的灵敏度

电流表的灵敏度可表示为：nBS C I k

θ== 由此式可知，除了尽可能减小摩擦阻力之外，还可以通过增大n 、B 、S 和减小k 来提高电流表的灵敏度．

3．电流表的特点

（1）表盘的刻度均匀，I ∝θ。

（2）灵敏度高，量程较小，过载能力差．

（3）满偏电流I g 、内阻R g 反映了电流表的最主要

特性．

注意：使用电流表确定电流方向以前，必须先用已知方向的电流测定电流流入方向与指针偏转方向的关系．

要点四、 物体在安培力作用下的平衡或运动问题的分析方法

要点诠释：