电流如何形成磁场

电流如何形成磁场
电流如何形成磁场

摘自《磁场、电场本质》一文

0.1

电磁转换——电流如何转换成磁场

如图3,当电子在导体中运动时,其周边的以太就和电子产生了相对运动,对电子来说,其周围就存在以太风,风向与电子的运动方向相反,这和我们开车会感觉到有风是一样的道理。根据空气动力学原理,在这个以太风的作用下,电子的旋转中心轴应该和电子前进方向平行,这样,电子运动才会稳定,这和旋转的子弹飞行更平稳的道理是一样的。也就是说,电子此时旋转产生的以太气旋的轴心与导线平行,在导线中产生了一个围绕导线旋转的磁场。

由于电子在前进的过程中不断的带动行进路径上的以太旋转,电子经过后,这些运动轨迹上的以太气旋由于惯性作用不会马上停下来,旋转的离心作用造成以太外向逃离,使气旋中心压力降低,由于宇宙磁压的存在,造成的压力差又提供了向心力,维持了气旋的继续转动,这个现象和龙卷风类似,即中心低压的气旋。

大量向同一方向运动的电子产生的以太气旋迭加起来,形成了导线周围的旋转磁场,这就是电流流过导体产生磁场的整个过程,持续不断的电流则维持了这一过程,可类比的自然现象是高速旋转飞行的子弹尾部的旋转气流。同理,一个不自转的电子的运动是不会产生旋转磁场的,也可以说,这样的电子是不呈现电性的,它产生的是以太乱流,就如飞机尾部的乱流。

小结:

1、磁场的本质是以太风。电流产生的磁场就是在电子经过的路径上,其尾部留下的中心低压的旋转以太气流,就如飞机飞过后其尾部会留下气流一样。

2、电流产生的磁场总是以以太气旋形式存在。电子只有在一个充满以太并且存在磁压的空间中运动时,才会产生磁场,这是电流产生磁场的基本环境。在一个绝对真空的环境中,不会存在磁场;

3、电子运动时,对于电子来说,相对运动产生了磁场,虽然这个磁场不对外部显现,但对电子有作用力。由于运动是个相对的概念,所以,是否存在磁场还要看我们选择了哪个参照物。

感应电流方向的判断-楞次定律

感应电流方向的判断楞次定律 一、基础知识 (一)感应电流方向的判断 1、楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化. (2)适用情况:所有的电磁感应现象. 2、右手定则 (1)内容:伸开右手,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,并使拇指指向导体运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向. (2)适用情况:导体棒切割磁感线产生感应电流. 3、利用电磁感应的效果进行判断的方法: 方法1:阻碍原磁通量的变化——“增反减同”. 方法2:阻碍相对运动——“来拒去留”. 方法3:使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩” 方法4:阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”. (二)利用楞次定律判断感应电流的方向 1、楞次定律中“阻碍”的含义 2、楞次定律的使用步骤 (三)“一定律三定则”的应用技巧 1、应用现象及规律比较 2 无论是“安培力”还是“洛伦兹力”,只要是“力”都用左手判断. “电生磁”或“磁生电”均用右手判断. 二、练习

1、下列各图是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中正确的是 ( ) 2、如图所示,一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中,环中的感应电流(自左向右看) ( ) A.沿顺时针方向 B.先沿顺时针方向后沿逆时针方向 C.沿逆时针方向D.先沿逆时针方向后沿顺时针方向 3、如图所示,当磁场的磁感应强度B增强时,内、外金属环上的感应电流的方向应为( ) A.内环顺时针,外环逆时针 B.内环逆时针,外环顺时针 C.内、外环均为顺时针D.内、外环均为逆时针 4、如图所示,在直线电流附近有一根金属棒ab,当金属棒以b端为圆心,以ab为半径,在过导线的平面内匀速旋转到达图中的位置时( ) A.a端聚积电子 B.b端聚积电子 C.金属棒内电场强度等于零 D.U a>U b 5、金属环水平固定放置,现将一竖直的条形磁铁,在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放, 在条形磁铁穿过圆环的过程中,条形磁铁与圆环( ) A.始终相互吸引 B.始终相互排斥 C.先相互吸引,后相互排斥 D.先相互排斥,后相互吸引 6、如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,当滑动变阻器R 的滑片P自左向右滑动过程中,线圈ab将( ) A.静止不动 B.逆时针转动 C.顺时针转动 D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向 答案C

11稳恒电流和稳恒磁场习题解答讲解

第十一章 稳恒电流和稳恒磁场 一 选择题 1. 边长为l 的正方形线圈中通有电流I ,此线圈在A 点(如图)产生的磁感应强度B 的大小为( ) A. l I μπ420 B. l I μπ20 C . l I μπ20 D. 0 解:设线圈四个端点为ABCD ,则AB 、AD 线段在A 点产生的磁感应强度为零,BC 、CD 在A 点产生的磁感应强度由 )cos (cos π4210θθμ-= d I B ,可得 l I l I B B C π82)2πcos 4π(cos π400μμ=-= ,方向垂直纸面向里 l I l I B CD π82)2π cos 4π(cos π400μμ=-=,方向垂直纸面向里 合磁感应强度 l I B B B CD B C π420μ=+= 所以选(A ) 2. 如图所示,有两根载有相同电流的无限长直导线,分别通过x 1=1、x 2=3的点,且平行于y 轴,则磁感应强度B 等于零的 地方是:( ) A. x =2的直线上 B. 在x >2的区域 C. 在x <1的区域 D. 不在x 、y 平面上 解:本题选(A ) 3. 图中,六根无限长导线互相绝缘,通过电流均为I , 区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均为相等的正方形,哪一个区域指向 纸内的磁通量最大?( ) A. Ⅰ区域 B. Ⅱ区域 C .Ⅲ区域 D .Ⅳ区域 E .最大不止一个 解:本题选(B ) 选择题2图 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 选择题3图 选择题1图

4. 如图,在一圆形电流I 所在的平面内,选取一个同心圆形闭合回路L ,则由安培环路定理可知:( ) A. ∮L B ·d l =0,且环路上任意一点B =0 B. ∮L B ·d l =0,且环路上任意一点B ≠0 C. ∮L B ·d l ≠0,且环路上任意一点B ≠0 D. ∮L B ·d l ≠0,且环路上任意一点B =常量 解:本题选(B ) 5. 无限长直圆柱体,半径为R ,沿轴向均匀流有电流,设圆柱体内(r R )的磁感应强度为B e ,则有:( ) A. B t 、B e 均与r 成正比 B. B i 、B e 均与r 成反比 C. B i 与r 成反比,B e 与r 成正比 D. B i 与r 成正比,B e 与r 成反比 解:导体横截面上的电流密度2 πR I J =,以圆柱体轴线为圆心,半径为r 的同心圆作为安培环路,当r E a =E c D. E b >E c >E a 解:由于洛伦兹力不做功,当它们落到同一水平面上时,对a 、c 只有重力做功, 则E a =E c ,在此过程中,对b 不仅有重力做功,电场力也要做正功,所以E b >E a =E c 所以选(C ) 7. 图为四个带电粒子在O 点沿相同方向垂直于磁力线射入均匀磁场后的偏转轨迹的照片,磁场方向垂直纸面向外,四个粒子的质量相等,电量大小也相等,则其中动能最大的带负电的粒子的轨迹是:( ) A. Oa B. Ob C. Oc D . Od 解:根据B F ?=v q ,从图示位置出发,带负选择题7图 c d b a B O ? B × × × × × × E a b c 选择题6 图 选择题4图

11稳恒电流的磁场习题与解答

稳恒电流的磁场 1、边长为 a 的正方形线圈载有电流 I ,试求在正方形中心点的磁感应强度B ? 分析:正方形四边产生的磁感应强度大小相等,方向相同,与电流方向符合右手螺旋定则。每一边产生的磁感应强度为 )cos (cos 2 4210θθπμ-a I 其中4 1π θ= ,πθ4 3 2= 。 解:由分析得 a I a I B πμππ πμ428)43 cos 4(cos 2 4400=-= 2、如图所示的无限长载流导线,通以电流 I ,求图中圆心O 分析:根据磁感应强度的叠加原理,本题可以看作无限长直导线在O 点的磁感应强度B 1减去弦直导线在O 点的磁感应强度B 2再加上弧形导线在O 点的磁感应强度B 3。 解:由分析得 B = B 1 - B 2 + B 3 = r I r I r I 231)65cos 6(cos 2 42 2000μππ πμπμ+ -- r I 021 .0μ= 3、如图所示,两条无限长载流直导线垂直而不相交,其间最近距离为d=2.0cm ,电流分别为I 1=4.0A ,I 2 =6.0A ,一点P 到两导线距离都是 d ,求点P 的磁感应强度的大小? 分析:电流I 1在P 点产生的磁感应强度B 1大小为d I πμ21 0,方向垂直纸面向里,电流I 2在P 点产生的磁感应强度B 2大小为 d I πμ22 0,方向向右。两矢量求和即可。 解:T d I B 57101100.402.020 .41042--?=???==πππμ T d I B 57202100.602 .020 .61042--?=???== πππμ T B B B 52 2211021.7-?=+= 4、一边长为 b=0.15m 的立方体如图放置,有一均匀磁场 B =(6i +3j +1.5k )T 通过立方体所在区域,试计算:(1)通过立方体上阴影面积的磁通量?(2)通过立方体六面的总磁通量? 分析:磁感应线是闭合曲线,故通过任一闭合曲面的磁通量为零。对于闭合曲面,通常规定外表面的法线方向为正,所以阴影面的正法线方向沿x 轴正向。 解:(1)Wb i k j i S B 135.0?)15.0()?5.1?3?6(2=?++=?= φ (2)0=?=??S B s φ 5、一密绕的圆形线圈,直径为0.4m ,线圈中通有电流2.5A 时,在线圈中心处的B=1.26×10 -4T ,问线圈有多少匝? o 题2图

磁场对电流的作用

《磁场对电流的作用》教案 教学目标 知识与能力 1.知道磁场对通电导体有作用力。 2.知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感应线方向有关,改变电流方向或改变磁感线方向,导体的受力方 向随着改变。 3.知道通电线圈在磁场中转动的道理。 4.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。 5.培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。 过程与方法 培养学生理论联系实际的意识 感态度与价值观 通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学习科学技术知识的兴趣。

教学重点、难点 重点 1磁场对通电的导体有力的作用 2通电的导体的受力方向跟磁场方向和电流方向有关 难点 左手定则的运用 (二)教具 小型直流电动机一台,学生用电源一台,大蹄形磁铁一块,干电池一节,用铝箔自制的圆筒一根(粗细、长短与铅笔差不 多),两根铝箔条(用透明胶与铝箔筒的两端相连接),支架 (吊铝箔筒用),如课本图12—10的挂图,线圈(参见图12 —2),抄有题目的小黑板一块(也可用幻灯片代替)。 (三)教学过程 1复习相关知识并提问: 1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生()作用, 磁体间的相互作用就是通过()发生的。 2.将一根导线平行地放在静止的小磁针上方,当导线通电时, 发现小磁针(),说明电流周围存在()。

2.引入新课 本章主要研究电能:第一节和第二节我们研究了获得电能的原理和方法,第三节我们研究了电能的输送,电能输送到用电单位,要使用电能,这就涉及到用电器,以前我们研究了电灯、电炉、电话等用电器,今天我们要研究另一种用电器一电动机。 出示电动机,给它通电,学生看到电动机转动,提高了学习兴趣。 提问:电动机是根据什么原理工作的呢? 讲述:要回答这个问题,还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现—电流周围存在磁场,电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力(如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动)。根据物体间力的作用是相互的,电流对磁体施加力时,磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。 3.进行新课 (1)通电导体在磁场里受到力的作用 板书课题:〈第四节磁场对电流的作用〉

磁感应强度B与磁场强度H的区别和联系

磁感应强度B与磁场强度H的区别和联系 给B和H的关系正名,希望读者耐心看完。设想你暂时只知道磁场是由磁铁产生,也知道牛顿力学,但尚不知道怎么物理上定义“磁场”。有一天,你用电流做实验。你惊讶的发现:通了电的导线能使它附近的小磁针扭转,从而得出了“电流也产生磁场”的结论。进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等)的测量,你发现1.长直导线外,到导线距离相等的点,磁针感受到的“磁场”强度相同2.距离不同的点,“磁场”强度随着距离成反比。这样,你便想要通过力学测量和电流强度定义一个物理量H,2*pi*r*H=I。对形状稍稍推广,你就得到了安培环路定理的一般积分形式。注意这时候不需要用到真空磁导率μ0,因为你只要知道电流I就足以定义H这个物理量,没有理由知道μ0这回事儿。现在,你有了H,有了“电流能够产生磁场”这个概念,有了安培环路定理。你心满意足,转移了研究兴趣,开始研究带电粒子的受力。对于一定速度的粒子,加上刚才的磁场,通过几何轨道,牛顿力学,你可以测出粒子受的力。你发现受的力和电荷数q以及速度成正比,也和H成正比,但是力F并不直接等于qvH,而是还差一个因子:F=A*q*vⅹH,A只是个待定因子,暂未赋予物理意义。这个公式多了个外加因子,不好看。现在你开始考虑构建“磁导率”这个概念,因为H只是电流外加给的磁场,你希望通过粒子受力,直接定义一个粒子感受到的磁场——叫它B,使得F= qvⅹB成立。现在你理解的磁导率,就是一个粒子对外界磁场的受力响应程度:磁导率大,那么同样大的外加磁场H使得粒子受力的响应(如偏转)也越大;磁导率如果为零,那么多大的磁场也不会使得粒子有偏转等力学反应,磁导率如果近乎无限大,你只要加一丁点外磁场H,粒子就已经偏转的不亦乐乎了。你开始管这个磁导率叫μ,并且定义μ=B/H。其中H是(通过电流)外来的,B是使得粒子偏转的响应。这样,磁导率=粒子的响应/外加的场。这个式子有着深刻背景,正是理论物理里线性响应理论的雏形。此外,你发现,粒子处于真空中的时候,这个μ是一个与任何你能想到的物理量都无关的常数,这正是真空磁导率。目前你已经很有成就了:你通过得到了一个外磁场H,并在真空环境下,把这个磁场作用于带q电荷的粒子,你测量粒子受力F= qvⅹB,并且把测量力F和速度v得到的B值与测量电流I得到的H值相除,你便得到了真空磁导率。现在你已经知道了,H与B单位的不同,仅仅是由于你最开始研究力学用的单位,和开始研究电荷、电流的单位的不同,导致的一种单位换算。H从I得来,B从F得来,所以看到的是“施H”与“受B”的关系。(实际过程还要复杂些,因为先研究的是电场的情形,然后导出了磁场下的情况,所以你看到的μ0是个漂亮的严格值,而真空介电常数作为另一种线性响应确是一个长长的实验数字)。既然知道了B与H单位不同只是由于电流和牛顿力学导致的,现在你为了简化,将二者单位化为相同单位:B=H;这样你就得到了电磁学里更常用的高斯单位制。如果需要换算,随时添加磁导率即可。你开始进一步研究了。你已经研究了电流产生磁场的效应,以及单个粒子在磁场中的运动。那么,有着大量粒子的各种材料介质,从铁块,到石墨,到玻璃,它们对于磁场的相应是如何呢?现在你通过电流I,把磁场H加到某种材料当中,你所要研究的粒子,不再活在真空,而在材料里活动,它可以是金属里本身自带的电子,也可以是通过外界射束打入的。这都无妨,只需记住现在你要研究的粒子不再在真空,而在介质里。一个粒子受到的力学上的响应,当然是与这个点的总磁场有关。因此,B的意义就变得丰富了,它代表在该点处的总磁场。为什么说“总”磁场呢?考虑空间里的一点,没有材料的时候磁场值为H。现在有了材料,这一点处于材料中,外加场H穿进材料后,材料受H影响产生了一些附加场,在该点处的磁场不再是H了。受外界磁场影响使得材料里也有内部额外磁场的过程,我们叫它“磁化”。我们希望一件事物更加具体,就说把它具体化,希望一个企业有规模,就说把它规模化,同样希望一块材料里面有更多额外磁场,就说把它“磁化”。我们管产生的额外磁场大小叫做M。与磁导

稳恒电流的磁场(习题答案)

稳恒电流的磁场 一、判断题 3、设想用一电流元作为检测磁场的工具,若沿某一方向,给定的电流元l d I 0放在空间任 意一点都不受力,则该空间不存在磁场。 × 4、对于横截面为正方形的长螺线管,其内部的磁感应强度仍可用nI 0μ表示。 √ 5、安培环路定理反映了磁场的有旋性。 × 6、对于长度为L 的载流导线来说,可以直接用安培定理求得空间各点的B 。 × 7、当霍耳系数不同的导体中通以相同的电流,并处在相同的磁场中,导体受到的安培力是相同的。 × 8、载流导体静止在磁场中于在磁场运动所受到的安培力是相同的。 √ 9、安培环路定理I l d B C 0μ=?? 中的磁感应强度只是由闭合环路内的电流激发的。 × 10、在没有电流的空间区域里,如果磁感应线是一些平行直线,则该空间区域里的磁场一定均匀。 √ 二、选择题 1、把一电流元依次放置在无限长的栽流直导线附近的两点A 和B ,如果A 点和B 点到导线的距离相等,电流元所受到的磁力大小 (A )一定相等 (B )一定不相等 (C )不一定相等 (D )A 、B 、C 都不正确 C 2、半径为R 的圆电流在其环绕的圆内产生的磁场分布是: (A )均匀的 (B )中心处比边缘处强 (C )边缘处比中心处强 (D )距中心1/2处最强。 C 3、在均匀磁场中放置两个面积相等而且通有相同电流的线圈,一个是三角形,另一个是矩形,则两者所受到的 (A )磁力相等,最大磁力矩相等 (B )磁力不相等,最大磁力矩相等 (C )磁力相等,最大磁力矩不相等 (D )磁力不相等,最大磁力矩不相等 A 4、一长方形的通电闭合导线回路,电流强度为I ,其四条边分别为ab 、bc 、cd 、da 如图所示,设4321B B B B 及、、分别是以上各边中电流单独产生的磁场的磁感应强度,下列各式中正确的是:

电流的形成

第六讲 电流的形成 【知识回顾】 2、以下说法中正确的是() A.只有固体与固体之河相互摩擦,才会摩擦起电 B.把A物体和B物体摩擦,结果A物体带负电,B物体带正电.由此可以断定它们的原子核束缚电子的本领一定是A的强 C.分别用丝线吊起甲、乙两通草小球,互相靠近时若互相吸引,则它们一定带有异种电荷 D用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近一个用细线吊起的塑料小球,小球被排开.小球一定带负电 3.一个物体不带电时,是因为物体内部( )- A.没有电子 B.没有正电 C.有多余电子 D.既不多电子也不缺电子 【新知讲解】 1、电流形成的原因 (1)电流是电荷的定向移动形成的。 在导体中,大量的自由电荷通常情况下做无规则运动,此时不会形成电流,只有当这些自由电荷发生了定向移动才能形成电流。 (2)形成电流的电荷有:正电荷、负电荷,酸、碱、盐的水溶液中是正、负离子,金属导体中是自由电子,球面显示器中电子枪的电子流等。 2、电源 (1)能够提供持续电流的装置叫电源。如:干电池、蓄电池和发电机等。 (2)电源的作用:在电源内部不断地正极聚集正电荷,负极聚集负电荷,以持续对外供电。 (3)能量转化:电源是把其它形式的能量张化为电能的装置。在供电时,干电池、蓄电池将_______转化为______能,发电机将________能转化为电能。 注意.蓄电池在充电时,将电能转化为________,而不是内能.。3、电流的形成和方向 电荷的定向移动形成电流。 物质中的电荷在不停息的运动着的,当它们一旦朝着一定方向移动时,就会形成电流。电荷有两种,形成电流的可能是正电荷,也可能是负电荷,还可能是两种电荷同时向相反的方向移动而形成的。如果不给予规定,对于我们认识描述电流就会产生很大的麻烦,因此人们对电流

第四章习题 稳恒电流的磁场

第四章 稳恒电流的磁场 一、判断题 1、在安培定律的表达式中,若∞→→21021aF r ,则。 2、真空中两个电流元之间的相互作用力满足牛顿第三定律。 3、设想用一电流元作为检测磁场的工具,若沿某一方向,给定的电流元l d I 0放在空间任 意一点都不受力,则该空间不存在磁场。 4、对于横截面为正方形的长螺线管,其内部的磁感应强度仍可用nI 0μ表示。 5、安培环路定理反映了磁场的有旋性。 6、对于长度为L 的载流导线来说,可以直接用安培定理求得空间各点的B 。 7、当霍耳系数不同的导体中通以相同的电流,并处在相同的磁场中,导体受到的安培力是相同的。 8、载流导体静止在磁场中于在磁场运动所受到的安培力是相同的。 9、安培环路定理I l d B C 0μ=?? 中的磁感应强度只是由闭合环路内的电流激发的。 10、在没有电流的空间区域里,如果磁感应线是一些平行直线,则该空间区域里的磁场一定均匀。 二、选择题 1、把一电流元依次放置在无限长的栽流直导线附近的两点A 和B ,如果A 点和B 点到导线的距离相等,电流元所受到的磁力大小 (A )一定相等 (B )一定不相等 (C )不一定相等 (D )A 、B 、C 都不正确 2、半径为R 的圆电流在其环绕的圆内产生的磁场分布是: (A )均匀的 (B )中心处比边缘处强 (C )边缘处比中心处强 (D )距中心1/2处最强。 3、在均匀磁场中放置两个面积相等而且通有相同电流的线圈,一个是三角形,另一个是矩形,则两者所受到的 (A )磁力相等,最大磁力矩相等 (B )磁力不相等,最大磁力矩相等 (C )磁力相等,最大磁力矩不相等 (D )磁力不相等,最大磁力矩不相等 4、一长方形的通电闭合导线回路,电流强度为I ,其四条边分别为ab 、bc 、cd 、da 如图所示,设4321B B B B 及、、分别是以上各边中电流单独产生的磁场的磁感应强度,下列各式中正确的是: () () 1 2 1 101111 2 3400 0C C C A B dl I B B dl C B B dl D B B B B dl I μμ?=?=+?=+++?=?? ?? ()()()() 5、两个载流回路,电流分别为121I I I 设电流和单独产生的磁场为1B ,电流2I 单独产生的磁 场为2B ,下列各式中正确的是:

初中物理 例析电流的形成与方向专题辅导

初中物理例析电流的形成与方向专题辅导 张友金 一. 电流的形成 在理解电流形成的原因时,应注意以下几点: 1. 电流可能只是由正电荷的定向移动形成的。 2. 电流可能只是由负电荷的定向移动形成的。 3. 电流可能是由正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的。 二. 电流的方向 电荷有正电荷与负电荷两种,科学实验证明在电路中正电荷、负电荷都可以定向移动,有时还会同时移动,但物理学刚开始研究电流时,并不清楚在不同情况下究竟是什么电荷在移动,当时就规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,而负电荷定向移动方向则与电流方向相反。在以后研究和利用电流的过程中并未发现这一规定有什么影响,所以这一规定一直沿用至今。 在电源的外部,电流的方向是从电源正极流向负极;在电源的内部,电流的方向是从电源负极流向正极。 例1. 如图1所示,当开关闭合时,请在电路中标明电流方向。 图1 解析:当开关闭合时,电流的方向是从电源的正极经导线、开关、导线、小灯泡、导线回到电源的负极。如图1中的箭头所示。 例 2. 电荷的___________形成电流,在电源外部,电流方向是___________→用电器→___________。 解析:本题涉及电流的形成及电流方向。大家知道,金属导体中有大量的自由电荷,平时它们运动的方向杂乱无章,接上电源后,出现了大量电荷的定向移动,于是形成了电流。电流和水流类似,也有方向,当把用电器接在电源的正、负极上时,电流沿着“正极→用电器→负极”的方向流动。 例3.在图2所示的电路中,当开关闭合时,通过小灯泡的电流方向是从___________到

___________。 图2 解析:本题着重考查电流方向的规定和干电池正负极的识别。通过观察可知,干电池上端是正极,小灯泡在电源外部。由电源外部的电流方向是从电源的正极流向负极可得出结论。通过小灯泡中的电流方向是从B到A。抓住电荷的定向移动形成电流及电流方向的规定是求解本题的关键。

楞次定律判断感应电流的方向

楞次定律判断感应电流方向 楞次定律是确定感应电流方向的普遍适用的规律,它的内容是:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 应用楞次定律确定感应电流方向的步骤可归纳为:当穿过线圈的磁通量增加时,用右手螺旋定则的大拇指指向原磁场的反方向,则四指所指的方向就是线圈中感应电流的方向。反之,当穿过线圈的磁通量减少时,以大拇指指向原磁场的方向,则四指所指的方向就是线圈中感应电流的方向。 具体应用如下: 基础题:如图1所示,一闭合的金属圆环从静止开始由高 处下落,通过条形磁铁,不计空气阻力,在下落过程中, 圆环内感应电流的方向为(从上向下看)() (A)现顺时针后逆时针(B)现逆时针后顺时针 (C)始终顺时针(D)始终逆时针 巧妙分析:图1 ①确定原磁场的方向:参考条形磁铁内部磁场的方向(见备注),即原磁场方向向上。 ②分析磁通量的变化:金属环至上而下的过程中,穿过金属环的磁通量先变大后变小。 ③应用楞次定律判定感应电流的方向:由①②可知大拇指指向先向下后向上,所以从上向下看到金属环中感应电流的方向先顺时针后逆时针。故本题选A。(备注:条形磁铁内外磁场方向相反,因内部磁场比外部磁场强,故分析金属环所包围的原磁场时参考条形磁铁的内部磁场) 提高题:如图2所示,线圈abcd所在平面与磁感线平行, 在线圈以ab为轴由下往上看顺时针转过180?的过程中, 线圈中感应电流的方向() (A)先沿abcda,后沿dcbad (B)先沿dcbad, 后沿abcda (C)总是沿abcda (D)总是沿dcbad 巧妙分析:图2 ①确定原磁场的方向:水平向右(题目已知)。 ②分析磁通量的变化:根据题意,线圈从图示实线位置向纸外翻转到虚线位置的过程中,穿过线圈的磁通量先变大后变小。 ③应用楞次定律判定感应电流的方向:由①②可知大拇指指向先向左后向右,所以线圈中感应电流的方向先沿dcbad后沿abcda。故本题选B。 拓展题:如图3所示,矩形线圈abcd由静止开始运动。 若cd边受磁场力方向如图中箭头方向,则线圈可以是 () (A)以ab边为轴转动(转角小于90?大于0?)

14稳恒电流的磁场习题详解解读

习题三 一、选择题 1.如图3-1所示,两根长直载流导线垂直纸面放置,电流I 1 =1A ,方向垂直纸面向外;电流I 2 =2A ,方向垂直纸面向内,则P 点的磁感应强度B 的方向与x 轴的夹角为[ ] (A )30?; (B )60?; (C )120?; (D )210?。 答案:A 解:如图,电流I 1,I 2在P 点产生的磁场大小分别为 1212,222I I B B d d ππ==,又由题意知12B B =; 再由图中几何关系容易得出,B 与x 轴的夹角为30o。 2.如图3-2所示,一半径为R 的载流圆柱体,电流I 均匀流过截面。设柱体内(r < R )的磁感应强度为B 1,柱体外(r > R )的磁感应强度为B 2,则 [ ] (A )B 1、B 2都与r 成正比; (B )B 1、B 2都与r 成反比; (C )B 1与r 成反比,B 2与r 成正比; (D )B 1与r 成正比,B 2与r 成反比。 答案:D 解:无限长均匀载流圆柱体,其内部磁场与截面半径成正比,而外部场等效于电流集中于其轴线上的直线电流磁场,所以外部磁场与半径成反比。 3.关于稳恒电流磁场的磁场强度H ,下列几种说法中正确的是 [ ] (A )H 仅与传导电流有关。 (B )若闭合曲线内没有包围传导电流,则曲线上各点的H 必为零。 (C )若闭合曲线上各点H 均为零,则该曲线所包围传导电流的代数和为零。 (D )以闭合曲线L为边缘的任意曲面的H 通量均相等。 答案:C 解:若闭合曲线上各点H 均为零,则沿着闭合曲线H 环流也为零,根据安培环路定理,则该曲线所包围传导电流的代数和为零。 4.一无限长直圆筒,半径为R ,表面带有一层均匀电荷,面密度为σ,在外力矩的作用下,这圆筒从t=0时刻开始以匀角加速度α绕轴转动,在t 时刻圆筒内离轴为r 处的磁感应强度 B 的大小为 [ ] 图3-1 2 I 1 I

电流系统的磁能与磁场的能量

§5-5 电流系统的磁能与磁场的能量 一、N 个载流线圈系统的磁能 1、元过程: 忽略所有线圈的电阻,各线圈0=i I 时记为零能态,各线圈自感和彼此间的互感分别为ij i M L 和。 当第i 个线圈的电流由0渐增到i I 时,感应电动势为 ∑≠--=i k k ik i i i dt dI M dt dI L ε (1) 电源反抗i ε作功 ∑≠+=-='i k k i ik i i i i i i dI I M dI I L dt I A d ε (2) 对N 个线圈,电源作总元功 ∑∑≠+='N i k k i k i ik N i i i i dI I M dI I L A d , (3) )(.k i ik i k ki k i ik ki ik I I d M dI I M dI I M M M =+∴= (),N N i i i ik i k i i k k i dA L I dI M d I I <'=+∑∑ (4) 2、系统静磁能 定义电源所作总功为系统的静磁能,则 ∑∑≠+='=N i k k i k i ik N i i i m I I M I L A W ,22121 (5) 其中首项是N 个线圈的自感磁能,次项是互感磁能。 讨论: (1)上式中指标i 、k 对称,可见W m 与各线圈电流的建立过程无关。 (2)若令i ii L M =,则形式更简洁: ∑=N k i k i ik m I I M W ,21 (6) (3)设k ik k ki m I M I M ==Φ表示第k 个线圈电流的磁场通过第i 个线圈的磁通,

再令 k N k ik N k ki i I M ∑∑=Φ=Φ表示所有线圈通过第i 个线圈的总磁通,则 ∑Φ=N i i i m I W 21 (7) 二、载流线圈在外磁场中的磁能 1、二载流线圈情形: 总磁能: 21122222112 121I I M I L I L W m ++= (8) 互能: 2122112I I I M W m Φ== (9) (9)式的第三项,已将线圈1看作外磁场源。 2、定义:载流线圈在外磁场中的磁能,定义为该线圈与产生外磁场的线圈之间的互能。 3、均匀外磁场中载流线圈和非均匀外磁场中的小载流线圈的磁能: 2m W I =?=?B S m B (10) (与电偶极子在外电场中的静电能W =-?p E 相比,差一负号,为什么?) 4、N 个载流线圈在外磁场中的磁能: ()k m k k k S W I =?∑??B r dS (11) 当外场均匀时,上式简化为: m k k W I ??=?=? ??? ∑B S m B (12) 其中m 是N 个线圈的总磁矩。 三、磁场的能量与能量密度 1、螺绕环磁能: 设螺绕环的横截面为S ,体积为V ,环内磁介质的磁导率为μ,线圈匝数为N ,单位长度匝数为n ,则环内nI B 0μμ=, VI n nI NS m 200μμμμ==Φ,所以自感系数V n L 20μμ=。 螺绕环的磁能)(2121212202nI H VBH V I n LI W m ====μμ

试析“电流、磁场、安培力”三者之间的关系

试析“电流、磁场、安培力”三者之间的关系 发表时间:2015-04-16T13:23:36.670Z 来源:《教育学文摘》2015年2月总第147期供稿作者:宋黎明[导读] 电荷的定向移动形成电流,也就是说电流只是一种现象,指的是电荷做有序运动时的宏观状态,并非客体。宋黎明河南省南阳市宛东中专河南南阳473000 摘要:电磁学知识抽象难学,师生理解片面,且不少学生滋生了畏难情绪。为了使学生掌握好电磁学知识,本文结合笔者的教学经验,简述了电流、磁场、安培力的关系,以供参考。 关键词:电流磁场安培力 在电磁学中,有人认为:“电生磁,磁也能生电,电和磁可以相互演变、交互衍生。”也有人说:“静电和静磁是彼此独立的,只有在电磁感应现象中才能把电和磁紧密地联系在一起。”诚然,在各类物理教育教学文献中很少见到电磁关系的专题论述,以至于在中等物理教学中许多师生理解片面,致使物理图景模糊,感到电磁学知识抽象难学,不少学生滋生了畏难情绪。本文尝试着就“电流、磁场、安培力”的关系,阐述一下笔者的观点。 一、电流的磁效应 在人教版物理教材选修3-1中,介绍了奥斯特的实验研究并非一帆风顺。当时人们见到的力都是沿着物体连线的方向,即都是所谓的“纵向力”。受到这种观念的局限,奥斯特总是把磁针放在导线的延长线上,实验均以失败而告终。1820年4月,在一次演讲中,他偶然地在电流“横向”上发现了磁针的转动,不久,就宣布了电流的磁效应,首次揭示了电和磁的联系。电荷的定向移动形成电流,也就是说电流只是一种现象,指的是电荷做有序运动时的宏观状态,并非客体。根据物质不灭的哲学思想,电流周围存在的磁场是客体,它不可能是电流产生的,磁场只能是电荷处在电流状态时必然存在的一种物质形态,绝不能类同于“物”与“影”的关系。定向移动的电荷与磁场的共同存在,更像孪生的“龙凤胎”,说明二者联系紧密、互相依存。电现象和磁现象作为客观存在,不是因果,亦非衍生。当然,电流和磁场确实存在紧要的关系,以通电的直导线周围的磁场为例,磁场的强弱不仅与到直线电流的距离成反比,也与电流的大小成正比。这种量与量的关系,不能颠倒客体与属性的位置。正如食物充足的地区便于生物的生存和繁衍,但不能说是食物产生了生物。如果说“电流的磁场”这种表述不够确切,那么,说电流产生了磁场就绝对是错误的。 二、安培力 高中物理教材给出安培力的定义是“通电导体在磁场中受到的力就叫安培力”,它没有说是磁场对电流的作用力是安培力。通常讲电流之间的作用,应该表述为通电导体周围的磁场对另一通电导体的作用力,等离子体形成的电流在磁场中就不受安培力。在研究受安培力作用下的平衡问题和运动问题时,它的研究对象永远指的是通电导体,而不是一般意义上的电流,电流毕竟不是客体。在探究磁场的强弱,定义磁感应强度B时,选定的对象“电流元”,是很短的一段通电导体。所以,当我们说电流之间存在着相互作用时,究其实是通电导体与磁场之间的相互作用。一对平行的通电直导线,当它们的电流方向相同时相互吸引,方向相反时相互排斥,作用力与反作用力大小相等、方向相反,作用在一条直线上。这是一种近似简化的表述方式。根据牛顿第三定律,作用力与反作用力是发生在两个物体之间,电流的意义是电荷定向移动时的状态,不是物质客体,不能描述成施力物体和受力物体。所谓“电流之间的相互作用力”实质就是安培力,即磁场对通电导体的作用力。安培力的施力物体是磁场。我们平常一般不这样说,除了习惯上的原因外,还是对磁场的理解问题。磁场作为一种物质形态,不是通常的实物粒子,看不见,很抽象,中学生总有陌生感。无独有偶,物理上的光压问题,极少有人涉及施力物体和受力物体,只要不影响问题的研究,表达方式也许不需要百分之百的准确。物理上的“模型法”是一种理想化的方法,立足现实又超越现实,但毕竟是一种十分有效的方法。类比的方法是某些方面的类比,或一定程度的类比,学习新知识不能总拿老知识去衡量。实物粒子和磁场既然是两种不同的物质形态,对于某些物理概念就不要处处用一把尺子去衡量。 在教材科学漫步栏目,介绍了自然界中有趣的右旋与左旋,它在深层次反映了自然规律的某些性质。安培力的方向由左手定则判定,这是十分有趣的。安培力的方向垂直于磁感应强度B与通电导体所决定的平面,这个判定法的学习让学生感到了自然的神奇。电场对电荷的作用力是无条件的,只要电荷处在电场中,就一定受电场力的作用。磁场对通电导体的作用力是有条件的,即有方向的选择。当磁场方向与电流方向平行时,通电导体不受安培力;一旦离开平行状态,就有安培力,并且当磁场方向与电流方向垂直时,安培力最大。定义磁感应强度B时采用的比值定义法就是针对这种垂直状态下的磁场力而言。通电导体在磁场中的运动过程,安培力做的功是电能转化为其它形式能的量度,这种能量转化是通过磁场得以实现。电动机的工作原理就是这样,磁场是这种能量转化的媒介物。综上所述,定向移动的电荷周围存在着磁场,通电导体在磁场中受到安培力作用,三者不是传导和转移的关系。任何力只能发生在两个物体之间,安培力不是电流之间的作用力,只能是磁场对通电导体的作用力,磁场的基本特点就是对其中的通电导体产生力的作用。参考文献 [1]邹祖莉电磁学解题点窍[J].贵州教育学院学报,2007年,04期。 [2]秦阳浅析物理电磁学中的“广义安培定则”[J].中国教师,2011年,S1期。

磁场对电流的作用教学设计

磁场对电流的作用教学设计 教学目标: 知识与技能知道磁场对通电导线有力的作用. 知道磁场对通电导线的作用力方向跟磁场方向和电流方向有关. 过程与方法培养学生理论联系实际的意识. 情感、态度与价值观通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学习科学技术知识的兴趣。 教学重点: 通电导线在磁场中要受到力的作用。 教学过程 复习相关知识并提问: 1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生( ) 作用,磁体间的相互作用就是通过() 发生的。 2. 将一根导线平行地放在静止的小磁针上方,当导线通电时,发现小磁针( ) ,说明电流周围存在( ) 。 演示实验: 演示直流电动机通电转动 提出问题: 1. 电动机为什么会转动呢? 2. 奥斯特实验证明了什么? 通电导体周围存在磁场,并通过磁场使小磁针偏转,即电流对磁体有力的作用。

启发学生: 磁场对电流有没有力的作用呢? 实验: (1) 介绍实验装置,并连接好。渗透设计思想,明确实验研究对象是铜棒。 (2) 让学生明确实验目的,即磁场能否让通电后的铜棒运动。 (3) 实验条件逐步演示并观察实验现象,完成记录表格。 1 静止的铜棒通电后发生什么现象?原因是什么?运动受力 2 铜棒的运动方向、电流的方向和磁感线方向的角度关系? 互相垂直 3 不改变磁场方向而改变电流的方向,铜棒运动方向如何? 改变方向 4 不改变电流的方向,而改变磁场方向,铜棒运动方向怎样?改变方向 (4) 学生根据实验现象,分析得出结论。 通电导体在磁场中受到力的作用。力的方向,电流的方向和磁场线的方向互相垂直。通电导体在磁场里受力的方向跟电流的方向和磁感线的方向有关。 左手定则 伸开左手,使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直,让磁感线垂直穿入手心,使四指指向电流方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁力的方向。

感应电流方向的判断

感应电流方向的判断 1. 关于产生感应电流的条件,正确的是() A. 位于磁场中的闭合线圈中一定能产生感应电流 B. 闭合线圈和磁场发生相对运动一定能产生感应电流 C. 闭合线圈做切割磁感线运动一定能产生感应电流 D. 穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化一定能产生感应电流 2. 如图所示,开始时线圈平面与磁场垂直,且一半在匀强磁场中,一半在 匀强磁场外,若要使线圈产生感应电流,下列方法中可行的是() A. 以ab为轴转动 B. 以OO’为轴转动 C. 以ad为轴转动(小于60°) D. 以bc为轴转动(小于60°) 3. 在如图所示的几种情况中,哪个闭合线框或螺线管内不会产生感应电流() A. 线框沿着平行于通电直导线方向移动 B. 线框向远离通电直导线的方向移动 C. 螺线管旁的磁铁向远离螺线管轴线的方向移动 D. 螺线管旁的磁铁平行于螺线管轴线的方向移动 4. 感应电流的方向,总是使感应电流的磁场() A. 跟原来的磁场方向相反 B. 阻碍引起感应电流的磁通量 C. 跟原来的磁场方向相同 D. 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 5. 一弹性导体组成闭合线圈,垂直磁场方向(位于纸面内)放置,当磁感应强度B发生变化时,观察到线圈所围面积大了,那么可以判断磁场的方向和大小的变化情况可能是() A. B垂直纸面向里,并不断增强 B. B垂直纸面向里,并不断减弱 C. B垂直纸面向外,并不断增强 D. B垂直纸面向外,并不断减弱 6. 如图所示,a、b、c、d为圆形线圈上等矩的四点,现用外力作用在上述四点,将线圈拉成正方形,设线圈导线不可伸长,则在线圈发生形变的过程中() A. 线圈中将产生abcd方向的感应电流 B. 线圈中将产生adcb方向的感应电流 C. 线圈中产生的感应电流方向先是abcd,后是adcb D. 线圈中无感应电流 7. 如图所示,矩形线框abcd的一部分在匀强磁场内,垂直线框平面的磁场 区域边界与ab边平行,若因线框运动使bc边受到方向向下的安培力的作用, 则线框的运动情况是() A. 向左平动 B. 向右平动 C. 向上平动 D. 向下平动 8. 如图所示,螺线管CD的导线绕法不明,当磁铁AB插入螺线管时,电路中产生图示方向的感应电流,下列关于螺线管极性的判断正确的是() A. C端一定是N极 B. C端一定是S极 C. C端的极性一定与磁铁B端的极性相同 D. 无法判断极性的关系,因螺线管的绕法不明 9. 如图所示,用细弹簧构成一闭合电路,中央放有一条形磁铁,当弹簧收缩时,穿过电路的磁通量φ和电路中感应电流方向(从N极向S极看时)正确的是() A. φ减小,感应电流顺时针方向 B. φ减小,感应电流逆时针方向 C. φ增大,感应电流顺时针方向 D. φ增大,感应电流逆时针方向 10. 如图所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况将是() A. 向右摆 B. 向左摆 C. 静止不动 D. 不能判断 11. 如图所示,两个闭合圆环形导线框1和2的圆心重合,放在同一平面 内,当环形导线框1 中通以顺时针方向的电流,且电流大小逐渐增大的过程

磁场对电流的作用

磁场对电流的作用 【目标展示】 一、知识与技能 1. 知道什么是安培力. 2. 知道左手定则的内容,会用左手定则熟练地判定安培力的方向,并会用它解答有关问题. 3. 会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 4. 了解磁电式电流表的内部构造的原理. 二、过程与方法 通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算.培养空间想像能力. 三、情感态度与价值观 体验由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的科学思维方法(由特殊到一般).并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解,感受物理知识之间的联系与实际应用. 【重点难点】 安培力的方向确定和大小的计算. 【教学建议】1. 安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直,但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度;当电流方向与磁感应强度的方向垂直时,安培力最大,对此学生常常混淆. 2. 想象能力对本节学习至关重要、要使学生能够看懂立体图,熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图,需要一定的巩固训练.

3. 建议用实验观察法、逻辑推理法、讲解法等教学方法. 【教学过程】 环节一【复习导入】 复习提问导入,多媒体展示问题 1.磁感应强度是由什么决定的? 答:磁感应强度是由产生磁场的电流的大小、分布和空间位置确定的. 2.磁感应强度的定义式是什么? 答:磁感应强度的定义式是IL F B = 3.磁感应强度的定义式在什么条件下才成立? 答:只有在通电导线垂直磁场方向放入匀强磁场中才成立. 4.垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L=1cm ,通电电流强度I=10A ,若它所受的磁场力F=5N ,求该磁场的磁感应强度B 是多少? 答:因通电导线垂直磁场方向放入匀强磁场,所以根据磁感应强度的定义式 T T IL F B 5.001.0105=?== 5.若上题中通电导线平行磁场方向放入该磁场中,那么磁场的磁感应强度是多大?通电导线受到的磁场力是多少? 答:当电流仍为I=10A ,B L //时,该处磁感应强度不变,仍为B=0.5T ,而通电导线所受磁场力F 为零. 【设计意图】通过问题、练习,巩固复习已有知识,为本节授课

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