【磁场】安培力的应用3-电流和电流的相互作用

安培力的原理和应用1. 安培力的概述安培力是指在电流通过导线时，由于导线周围存在磁场而对导线产生的力。

安培力是电磁感应现象的一种表现，它是由安培定律所描述。

安培力在电磁学和电子工程中具有重要的应用。

2. 安培力的原理安培力的产生是基于安培定律，即当电流通过导线时，会在导线周围产生磁场，而这个磁场会在导线上产生一个力。

安培定律可以用数学公式表示为：$$ F = BIL \\sin(\\theta) $$其中，F是安培力的大小，B是磁场强度，I是电流强度，L是导线长度，θ是磁场与导线方向的夹角。

根据安培定律，当电流方向与磁场方向垂直时，安培力达到最大值；当电流方向与磁场方向平行时，安培力为零。

3. 安培力的应用3.1 电磁铁电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。

它由一个铁芯、绕线和电源组成。

当电流通过绕线时，会在铁芯上产生一个磁场，并因此产生安培力。

这样，电磁铁就可以吸引铁磁材料。

电磁铁广泛应用于工业、交通、医疗等领域，如起重机、磁悬浮列车和磁共振成像设备等。

3.2 电动机电动机是一种将电能转化为机械能的设备，其中就用到了安培力。

电动机的核心部件是绕组和磁场，当电流通过绕组时，会在磁场中产生安培力，从而实现电转机械运动。

电动机广泛应用于电力工业、交通运输、家电等领域，如电动汽车、洗衣机和电风扇等。

3.3 电子磁铁电子磁铁是一种小型的电磁铁，常用于科学实验和精密仪器中。

由于电子磁铁体积小、重量轻，并能够实现快速开关和控制，因此在一些特殊的应用中有广泛的需求。

电子磁铁的制造和使用，都离不开对安培力原理的深入理解。

3.4 磁悬浮磁悬浮是一种利用磁场和安培力原理实现的悬浮运动的技术。

通过利用安培力排斥或吸引的特性，可以使物体悬浮在磁场中，并实现无接触的运动。

磁悬浮技术被广泛应用于高速列车、悬浮摩托车和磁悬浮滚珠轴承等领域，提高了运行的稳定性和效率。

4. 总结安培力作为电磁感应现象的一种表现，在电子工程和电磁学中有广泛的应用。

磁场对电流的作用规律在我们的日常生活和现代科技中，磁场对电流的作用无处不在。

从电动机驱动的各种设备到电磁感应的广泛应用，理解磁场对电流的作用规律对于我们认识和利用电磁现象至关重要。

首先，让我们来了解一下什么是磁场。

磁场是一种看不见、摸不着的物质，但它却具有实实在在的力量。

可以想象磁场就像是一条条无形的线，从磁体的北极出发，环绕着经过空间，最终回到磁体的南极。

当有电流通过导线时，就会在导线周围产生磁场。

那么，磁场是如何对电流产生作用的呢？这就要提到一个重要的物理定律——安培力定律。

安培力定律指出，当电流在磁场中时，会受到一种力的作用，这个力被称为安培力。

安培力的大小与电流的大小、导线在磁场中的长度、磁场的强度以及电流方向与磁场方向的夹角有关。

具体来说，安培力的大小可以用公式 F ＝BILsinθ 来表示。

其中，F 表示安培力，B 表示磁场的磁感应强度，I 是电流强度，L 是导线在磁场中的有效长度，θ 则是电流方向与磁场方向的夹角。

从这个公式可以看出，如果电流方向与磁场方向平行，也就是夹角θ为 0 度或 180度时，sinθ等于 0，安培力也为 0。

只有当电流方向与磁场方向有一定夹角时，才会产生安培力。

为了更直观地理解磁场对电流的作用，我们可以想象一个简单的实验。

假设有一根直导线水平放置在一个竖直方向的磁场中，当导线中有电流通过时，如果电流方向从左向右，并且磁场方向是从上向下，根据左手定则，我们可以判断出导线会受到一个向上的安培力。

左手定则是判断安培力方向的一个简单方法。

伸出左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。

磁场对电流的作用在实际生活中有许多重要的应用。

最常见的就是电动机。

电动机的工作原理就是利用磁场对电流的作用，使通电的线圈在磁场中转动。

在电动机中，通常会有一个固定的磁场（可以由永磁体或者电磁铁产生），然后通过电刷给线圈通电。

由于磁场对线圈中的电流产生安培力，使得线圈不断地转动，从而将电能转化为机械能。

安培力是电流在磁场中受到 的力
安培力的方向与电流、磁场 和电流与磁场的夹角有关
安培力是电磁感应现象的基 础，广泛应用于电磁学和电
磁技术中
安培力的产生原理
安培力是电流在磁场中受到的力
安培力的大小与电流、磁场和电流与磁场的夹角有关
安培力的方向与电流、磁场和电流与磁场的夹角有关
安培力的计算公式：F=BILsinθ，其中B是磁场强度，I是电流强度，L是电流与磁场的 夹角，θ是电流与磁场的夹角。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律是电 磁感应现象的基本规律之
一
法拉第电磁感应定律的数 学表达式为：E=-dΦ/dt
法拉第电磁感应定律描述 了磁场变化如何产生感应
电动势
法拉第电磁感应定律在 实际应用中具有重要意 义，如电磁感应加热、
电磁感应传输等
楞次定律
楞次定律是电磁感应的基本定 律之一
楞次定律描述了感应电流的方 向与磁场变化之间的关系
向的关键
电流方向：根 据电流方向判 断安培力的方
向
磁场与电流的 相对关系：分 析磁场与电流 的相对关系， 判断安培力的
方向
3
电磁感应
电磁感应现象的发现
法拉第发现电磁感 应现象
法拉第实验：磁铁 插入线圈，产生电 流
法拉第电磁感应定 律：描述电磁感应 现象的基本规律
电磁感应现象的应 用：发电机、变压 器等电气设备
安培力与电磁感应在实践中的应用
电磁铁：利用安培力原理， 实现对铁磁性物质的吸引
或排斥
电磁感应加热：利用电磁 感应原理，实现对金属材
料的加热和熔化
电磁驱动：利用安培力原 理，实现对机械系统的精
确控制和调节
电磁屏蔽：利用电磁感应 原理，实现对电磁干扰的

4通电导线在磁场中受到的力[学习目标] 1.知道什么是安培力，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理．一、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B与I所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB. 2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILB sin_θ.三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．线圈平面与磁场方向平行，如图1所示．图14．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱．1．判断下列说法的正误．(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同．(×)(2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(√)(3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(√)(4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大．(√)(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关．(√)2．如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向．图2答案(1)ILB垂直于导体棒斜向左下(2)ILB垂直纸面向外(3)ILB垂直于导体棒斜向右下(4)0一、安培力的方向按照如图3所示进行实验．图3(1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变(2)受力的方向改变安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则1．安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面．(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则判断时，磁感线斜着穿入掌心．2．平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．图4答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则．二、安培力的大小(1)在如图5所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？图5(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？答案(1)F＝BIL(2)0(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝B sin θ，F＝B⊥IL＝BIL sin θ.对公式F＝ILB sin θ的理解1．公式F＝ILB sin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响．2．公式F＝ILB sin θ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端．图63．公式F＝ILB sin θ中θ是B和I方向的夹角(1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝ILB.(2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()答案 A解析 题A 图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F ＝BIL cos θ，A 正确；题B 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，B 错误；题C 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，C 错误；题D 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，D 错误．例3 (多选)如图7所示，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且∠abc ＝∠bcd ＝135°，流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示．关于导线abcd 所受到的磁场的作用力的合力，下列说法正确的是( )图7A ．方向沿纸面垂直bc 向上，大小为(2＋1)ILBB ．方向沿纸面垂直bc 向下，大小为(2＋1)ILBC ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转30°，力的大小不变D ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转60°，力的大小减半答案 AC解析 整段导线的有效长度为(2＋1)L ，由安培力公式F ＝BIL 可知，导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力大小为(2＋1)BIL ，方向竖直向上．在纸面内将abcd 旋转任何角度，安培力的大小均不变，故A 、C 正确，B 、D 错误．三、安培力的实际应用例4 (2020·北京市朝阳区高二期中)一种可测量磁感应强度大小的实验装置如图8所示．磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场．其余区域磁场的影响可忽略不计．此时电子测力计的示数为G 1.将一直铜条AB 水平且垂直于磁场方向静置于磁场中．两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成闭合回路．闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，当电流表示数为I 时，电子测力计的示数为G 2，测得铜条在匀强磁场中的长度为L .铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是( )图8A ．铜条所受安培力方向竖直向下B ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1－G 2ILC ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 2－G 1ILD ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1＋G 2IL答案 C解析 由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A 错误；由牛顿第三定律可知，铜条对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，由平衡条件可知：G 2－G 1＝BIL ，则铜条所在处磁场的磁感应强度大小为B ＝G 2－G 1IL，选项C 正确，B 、D 错误．1．(安培力的方向)(2019·静海一中高二上调研)图中B 表示磁感应强度，I 表示通电长直导线中的电流，F 表示磁场对导线的作用力．它们三者的方向间的关系，正确的是( )答案 A解析 由左手定则可知，A 中导线所受安培力向上，B 中导线所受安培力向左，C 中导线所受安培力向下，D 中导线所受安培力向左，故A 正确．2．(安培力的大小)如图9所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I ，磁感应强度为B ，则各导线所受到的安培力分别为：图9F A ＝______，F B ＝______，F C ＝______，F D ＝______.答案 BIL cos α 2BIL 2BIR 03．(磁电式电流表)(多选)(2019·银川一中高二上期末)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表．这种电流表的构造如图10甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，如图乙所示，下列说法正确的是( )图10A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用答案CD。