磁场仿真之通电的导体会产生磁场

通电导体产生磁场的方向仿真

丹麦科学家奥斯特发现了通电的导体周边有磁场的存在，第一次解开电磁之间的关系，电

流是电荷定向运动产生的，所以通电导线周围的磁场实质上是运动电荷产生的。

而安培更进一步做出了贡献，从判定电流周围磁场方向的安培定则——右手螺旋定则认识

磁场的方向性及磁感线的特征.在此基础上，通过了解环形电流、通电螺线管磁场的磁感线，

以及条形磁体和马蹄形磁体磁场的磁感线，进一步认识磁场的方向性。

仿真一，稳恒电场产生稳恒磁场

1，建立3D仿真，并设置求解器为静磁场。绘制简单的导体

2，给导体增加电流激励

3,设定求解范围并增加求解器

4,检查模型并求解

5,查看磁场分布(100%原创，来自bianyaqifangzhen)

仿真二，变化的电流产生变化的磁场

1，将求解类型更改为瞬态场

2，增加激励，电流频率为1KHz

3,设

设定求解方式并求解，查看看结果。

磁场对载流导体作用

§3。3 磁场对载流导体的作用 3．3．1、安培力一段通电直导线置于匀磁场中，通电导线长L ，电流强度为I ，磁场的磁感应强度为B ，电流I 和磁感强度B 间的夹角为θ，那么该导线受到的安培力为θsin ?=BIL F 电流方向与磁场方向平行时， 0=θ，或 180=θ，F=0，电流方向与磁场方向垂直时， 90=θ，安培力最大，F=BIL 。安培力方向由左手定则判断，它一定垂直于B 、L 所决定的平面。当一段导电导线是任意弯曲的曲线时，如图3-3-1所示可以用连接导线两端的直线段的长度l 作为弯曲导线的等效长度，那么弯曲导线缩手的安培力为 θsin BIL F = 3．3．2、安培的定义如图3-3-2所示，两相距为a 的平行长直导线分别载有电流1I 和2I 。载流导线1在导线2处所产生的磁感应强度为 a I B πμ21 021= ，方向如图示。导线2上长为2L ?的线段所受的安培力为： 2sin 21222π B L I F ?=? = 2 2 1021222L a I I B L I ?= ?πμ 其方向在导线1、2所决定的平面内且垂直指向导线1，导线2单位长度上ＰＢ图3-3-1 图3-3-2

所受的力 a I I L F πμ22 1022=?? 同理可证，导线λ上单位长度导线所受力也为a I I L F πμ22 101 1=??。方向垂直指向2，两条导线间是吸引力。也可证明，若两导线内电流方向相反，则为排斥力。国际单位制中，电流强度的单位安培规定为基本单位。安培的定义规定为：放在真空中的两条无限长直平行导线，通有相等的稳恒电流，当两导线相距1米，每一导线每米长度上受力为27 10-?牛顿时，各导线上的电流的电流强度为1安培。 3．3．3、安培力矩如图3-3-3所示，设在磁感应强度为B 的均匀磁场中，有一刚性长方形平面载流线图，边长分别为L 1和L 2，电流强度为I ，线框平面的法线n 与B 之间的夹角为θ，则各边受力情况如下： 2BIL f ab = 方向指向读者 2BIL f cd = 方向背向读者 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f bc =-= 方向向下 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f da =+= 方向向上 bc f 和da f 大小相等，方向相反且在一条直线上，互相抵消。图3-3-3

磁场对通电导线的作用---安培力

第2节磁场对通电导线的作用---安培力一、教学目标 1、知识与技能知道什么是安培力；知道安培力与哪些因素有关；掌握安培力的计算公式，会计算匀强磁场中安培力的大小；会用左手定则判断安培力的方向。 2、过程与方法用控制变量法探究安培力与哪些因素有关的过程，以及如何确定安培力方向的探究过程。认识科学探究的意义。 3、情感态度与价值观培养学生的观察能力、分析综合能力；认识安培力的应用给我们的生活带来的影响；通过分组探究安培力的大小与哪些因素有关，培养团结协作的团队精神。二、教学重难点 1、重点：使学生掌握电流在匀强磁场中所受安培力大小的决定因素、计算公式以及安培力方向的判定；使学生熟练的利用三维视图来分析磁场、电流以及安培力之间的关系。 2、难点：掌握匀强磁场中安培力的计算方法，并能熟练地运用左手定则判断通电导线受到的安培力的方向。三、教学方法实验探究；师生讨论；生生讨论；讲授法。四、教学用具马蹄形磁铁；铜棒；导线；干电池；铁架台；开关；PPT课件；FLASH动画等。五、教学过程步骤教师行为学生行为设计意图课堂准备1、准备课件 2、教学仪器：干电池2节、滑动变阻器、开关、导线若干、蹄形磁铁、铝箔、铁架台、导体棒提前预习为了让学生更好地掌握新课知识。达到深刻理解磁场对通电导线的作用力新课引入师：[设疑]前面学习了电场和磁场，电和磁之间是否存在着某种内在联系？ [flash演示]奥斯特实验 [提问] 小磁针的偏转说明了什么？观看并思考问题激发学生学习本堂课知识的热情。

新课引入 [分析与讨论] 小磁针在磁场中受磁场力的作用才会发生偏转，实验结果说明，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。通电导线通过周围产生的磁场对磁体有力的作用（电流→磁场→磁体）。那根据牛顿第三定律可知，磁体通过周围的磁场对通电导线也应该有力的作用（磁体→磁场→电流？）。下面我们就用一个迷你小实验来探究一下磁场对通电导线是否也有力的作用呢？ [板书] 学生回答：不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。引导学生进入新课学习新课教学一、探究磁场对电流的作用 1、安培力

高中物理竞赛教程：3.3《磁场对载流导体的作用》

§3.3 磁场对载流导体的作用 3．3．1、安培力一段通电直导线置于匀磁场中，通电导线长L ，电流强度为I ，磁场的磁感应强度为B ，电流I 和磁感强度B 间的夹角为θ，那么该导线受到的安培力为θsin ?=BIL F 电流方向与磁场方向平行时，ο0=θ，或ο 180=θ，F=0，电流方向与磁场方向垂直时，ο 90=θ，安培力最大，F=BIL 。安培力方向由左手定则判断，它一定垂直于B 、L 所决定的平面。当一段导电导线是任意弯曲的曲线时，如图3-3-1所示可以用连接导线两端的直线段的长度l 作为弯曲导线的等效长度，那么弯曲导线缩手的安培力为 θsin BIL F = 3．3．2、安培的定义如图3-3-2所示，两相距为a 的平行长直导线分别载有电流1I 和2I 。载流导线1在导线2处所产生的磁感应强度为 a I B πμ21 021= ，方向如图示。导线2上长为2L ?的线段所受的安培力为： 2sin 21222π B L I F ?=? =2 21021222L a I I B L I ?=?πμ 其方向在导线1、2所决定的平面内且垂直指向导线1，导线2单位长度上所受的力 a I I L F πμ22 1022=?? ＰＢ图3-3-1 图3-3-2

同理可证，导线上单位长度导线所受力也为a I I L F πμ22 101 1=??。方向垂直指向2，两条导线间是吸引力。也可证明，若两导线内电流方向相反，则为排斥力。国际单位制中，电流强度的单位安培规定为基本单位。安培的定义规定为：放在真空中的两条无限长直平行导线，通有相等的稳恒电流，当两导线相距1米，每一导线每米长度上受力为27 10-?牛顿时，各导线上的电流的电流强度为1安培。 3．3．3、安培力矩如图3-3-3所示，设在磁感应强度为B 的均匀磁场中，有一刚性长方形平面载流线图，边长分别为L 1和L 2，电流强度为I ，线框平面的法线n ρ与B ρ 之间的夹角为θ，则各边受力情况如下： 2BIL f ab = 方向指向读者 2BIL f cd = 方向背向读者 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f bc =-= 方向向下 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f da =+= 方向向上 bc f 和da f 大小相等，方向相反且在一条直线上，互相抵消。 ab f 和cd f 大小相等，指向相反，但力作用线不在同一直线上，形成一力偶，力臂从(b)中可看出为 θ θπ sin )2cos(11L L =- 故作用在线圈上的力矩为： 1 L 2 L a d c I I n ab f cd f b B θ 图3-3-3 θ ab f cd f n 图3-3-4

第九节磁场对载流线圈的作用

10-7 磁场对载流线圈的作用一、磁场作用于载流线圈的磁力矩下面用安培定律来研究磁场对载流线圈的作用。如下图所示，在磁感强度为B 的均匀磁场中，有一刚性矩形载流线圈MNOP ，它的边长分别为1l 和2l ，电流为I ，流向自M P O N M →→→→，设线圈平面的单位正法向矢量n e 的方向与磁感强度B 方向之间的夹角为θ，即线圈平面与B 之间夹角为φ（) 2/π=+θφ，并且MN 边及OP 边均与B 垂直。由安培定律知磁场对导线NO 段和PM 般作用力大小相等，方向相反，并且在同一直线上，所以对整个线圈来讲，它们的合力及合力矩都为零。导线MN 和OP 段受磁场力大小则分别为 21BIl F = 2 2BIl F = 这两个力大小相等，方向亦相反，但不在同一直线上，对线圈要产生磁力矩φ cos 11l F M =。由于 θ φ-=2/π，所以 θ φsin cos =，则有 θ θsin sin 1211l BIl l F M ==

或 θsin BIS M =（10-17a ）式中 2 1l l S =为矩形线圈的面积，磁矩 n e m IS =，此处 n e 为线圈平面的正法向矢量. 所以上式用矢量表示则为 B m B e M ?=?=n IS （10-17b ）如果线圈不只一匝，而是N 匝，那么线圈所受的磁力矩应为 B e M ?=n NIS （10-17c ）讨论：载流线圈在均匀磁场中的运动问题（1）当载流线圈的 n e 方向与磁感强度B 的方向相同（即?=0θ），亦即磁通量为正向极大时，M=0，磁力矩为零，此时线圈处于平衡状态[图(a)]。（2）当载流线圈的 n e 方向与磁感强度B 的方向相垂直（即?=90θ），亦即磁通量为零时， M=NBIS ，磁力矩最大[图(b)] （3）当载流线圈的 n e 方向与磁感强度B 的方向相反（即?=180θ）时，M=0，这时也没有磁力矩作用在线圈上[图(c)]，不过，在这种情况下，只要线圈稍稍偏过一个微小角度，它就会在磁力作用下离开这个位置，而稳定在?=0θ时的平衡状态，总之，磁场对载流线圈作用的磁力矩，总是要使线圈转到它的 n e 方向与磁场方向相一致的稳定平衡位置(M10-8)。（4）式（10-17）虽然是从矩形线圈推导出来的，但可以证明它对任意形状的平面线圈都是成立的。

《磁场对通电导体的作用力》习题1

《磁场对通电导体的作用力》习题 1、关于通电导线所受安培力F的方向，磁场B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是( ) A、F、 B、I三者必须保持相互垂直 B、F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直 C、B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 D、I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直 2、通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行.关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是( ) A、线框有两条边所受的安培力方向相同 B、线框有两条边所受的安培力大小相等 C、线框所受的安培力的合力方向向左 D、线框所受的安培力的合力方向向右 3、在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线（） A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力 C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力 4、关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是( ) A、安培力的方向就是该处的磁场方向 B、安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面 C、若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零 D、对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最大 5、如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力。 FA＝_______ FB＝_______ FC＝_______ FD＝_______ FE＝_______

6、如图所示，长为L的导线AB放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为d，通过的电流为I，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，则AB所受的磁场力的大小为（） A、BIL B、BIdcosθ C、BId/sinθ D、BIdsinθ 7、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一段弯成直角的金属导线abc，且ab=bc=L0，通有电流I，磁场的磁感应强度为B，若要使该导线静止不动，在b点应该施加一个力F0，则F0的方向为________；B的大小为________。感谢您的阅读，祝您生活愉快。

人教版物理选修1-1第二章第三节磁场对通电导线的作用同步训练A卷(新版)

人教版物理选修1-1第二章第三节磁场对通电导线的作用同步训练A卷（新版）姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题（共15小题） (共15题；共31分) 1. （2分）关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（） A . 安培力的方向可以不垂直于直导线 B . 安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C . 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D . 将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半【考点】 2. （2分）(2020·日照模拟) 如图所示，用电阻率为ρ、横截面积为S、粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架，ab、cd边均与ad边成60°角，ab＝bc＝cd＝L．框架与一电动势为E、内阻忽略不计的电源相连接。垂直于竖直框架平面有磁感应强度大小为B、方向水平向里的匀强磁场，则框架受到安培力的合力的大小和方向为（） A . ，竖直向上 B . ，竖直向上 C . ，竖直向下 D . ，竖直向下【考点】

3. （2分） (2020高二上·常州月考) 一质量 m、电荷量的﹣q 圆环，套在与水平面成θ角的足够长的粗糙细杆上，圆环的直径略大于杆的直径，细杆处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中。现给圆环一沿杆左上方方向的初速度 v0 ，（取为初速度 v0 正方向）以后的运动过程中圆环运动的速度图像不可能是（） A . B . C . D . 【考点】

4. （2分） (2020高二上·台州月考) 四川省稻城县海子山的“高海拔宇宙线观测站” ，是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。假设来自宇宙的质子流沿着与地球表面垂直的方向射向这个观测站，由于地磁场的作用(忽略其他阻力的影响)，粒子到达该观测站时将（） A . 竖直向下沿直线射向观测站 B . 与竖直方向稍偏东一些射向观测站 C . 与竖直方向稍偏南一些射向观测站 D . 与竖直方向稍偏西一些射向观测站【考点】 5. （2分） (2018高二上·固阳期中) 下列说法正确的是（） A . 在匀强电场中，电势降低的方向就是电场强度的方向 B . 根据公式U=Ed可知，匀强电场中任意两点间的电势差与这两点的距离成正比 C . 安培力的方向总是垂直于磁场的方向 D . 一小段通电直导线放在磁场中某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度一定为零【考点】 6. （2分） (2018高二上·鄂尔多斯月考) 在绝缘圆柱体上a、b两位置固定两个金属圆环，当两环通有如图所示电流时， b处金属圆环受到的安培力为F1；若将b处金属圆环平移到c处，它受到的安培力为F2 ．今保持b处金属圆环位置不变，在位置c再放置一个同样的金属圆环，并通有与a处金属圆环同向、大小为I2的电流，则在a位置的金属圆环受到的安培力（）

磁场对通电导体的作用(提高)

磁场对通电导体的作用（提高）一、目标与策略明确学习目标及主要的学习方法是提高学习效率的首要条件，要做到心中有数！学习目标： ●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。 ●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。 ●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。重点难点： ●对磁场方向、电流方向和安培力的方向三者关系的理解和运用。 ●安培力大小的计算及应用。学习策略： ●建立空间位置关系、形成物理图景，是正确理解磁场方向、电流方向和安培力的方向三者关系的重要方法。 ●安培力和力学中的力及电场力一样，同样遵循力学中的有关规律，如遵循力的平行四边形定则，遵循牛顿定律等。在求解有关问题时思路仍是力学中常用的规律和方法。二、学习与应用 “凡事预则立，不预则废”。科学地预习才能使我们上课听讲更有目的性和针对性。我们要在预习的基础上，认真听讲，做到眼睛看、耳朵听、心里想、手上记。知识回顾——复习学习新知识之前，看看你的知识贮备过关了吗？回忆磁场的基本知识，回答下列问题：（一）在磁感应强度的定义中对导体在磁场中受到的力F有什么要求？（二）通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关？知识要点——预习和课堂学习认真阅读、理解教材，尝试把下列知识要点内容补充完整，带着自己预习的疑惑认真听课学习。请在虚线部分填写预习内容，在实线部分填写课堂学习内容。课堂笔记或者其它补充填在右栏。

要点一、对安培力的理解 1.安培力通电导线在中受到的力称为安培力。 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_______，又与电流方向______，也就是说安培力的方向总是垂直于________．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_____相同，沿电场线____方向，与负电荷受力方向______ 安培力方向与磁场方向和电流方向都______ 判断方法结合电场方向和电荷正、负判断用____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 安的方向，由于B 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 _______= （2）对公式的理解：公式F BILsin =θ可理解为F (Bsin ) IL =θ，此时 Bsin θ为B 沿垂直I 方向上的分量，也可理解为F BI(Lsin )=θ，此时Lsin θ为L 沿垂直B 的方向上的投影长度，也叫“有效长度”，公式中的一是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．

将一通电的导体放在磁场中

将一通电的导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向垂直，那么，在第三个方向上会产生电位差，这种现象称为Hall 效应行进波因子表明在晶体中运动的电子已不再局域于某个原子周围，而是可以在整个晶体中运动的，这种电子称为共有化电子。它的运动具有类似行进平面波的形式。Bloch 函波矢k 物理意义：k 称为简约波矢，是对应于平移对称操作本征值的量子数，其物理意义是表示原胞之间电子波函数位相的变化。不同的k 值表示原胞间的位相差是不同的。光吸收是指原子在光照下会吸收光子的能量，由低能态跃迁到高能态的现象。（光通过固体时，与固体中存在的电子、激子、晶格振动及杂质和缺陷等相互作用而产生光的吸收。）光发射：固体吸收外界能量，其中一部分能量以可见光或近于可见光的形式发射回来。有关晶格振动及声子答：声子：晶格振动的简正模式（或格波）的能量的量子称为声子。晶体中原子的热振动称为晶格振动。能带形成的主要原因答:电子能带的形成是由于当原子与原子结合成固体时，原子之间存在相互作用的结果，而并不取决于原子聚集在一起是晶态还是非晶态，即原子的排列是否具有平移对称性并不是形成能带的必要条件。导体：低温下为部分填充的或半满的能带绝缘体：在T-0K 时价带是满带，其上最低的许可带是空带的是绝缘体。半导体：在T-0K 的价带是满带，其上最低的许可带全空，但价带上的禁带不如绝缘体宽的是半导体。其T-0K 时的空带称为导带。费米面：k 空间中能量为EF 的等能面 F （k ）=EF 费米面是F-0K 时k 空间占有态与空态的界面，其所包围的体积直接决定于价电子的数密度。二次电子，透射电子及其应用二次电子：从距样品表面100A 左右深度范围内激发出来的低能电子（<50ev ）；主要特点：1、对样品表面形貌敏感；2、空间分辨率高；3、信号收集率高；应用：扫描电子显微镜透射电子：特点：1、质厚衬度效应；2、衍射效应；3、衍射衬效应。应用：透射电子显微镜（电子束照在单晶上花纹是倒点阵花样，在多晶上是同心圆） Eg 影响因素及其尺寸关系 Eg= 为成键态与反键态之间的能量间隙。禁带宽度影响因素：其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。尺寸减小，带隙变宽。金属、半导体电导率随T 变化的异同点电导率：半导体的本征是电导率随温度升高而迅速上升。金属电导率随T 升高而升高。低温区，电导率表现出非线性的温度关系；高温区，电导率与温度为线性关系。紧束缚近似：近自由电子近似方法认为原子实对电子的作用很弱，因而电子的运动基本上是自由的。其结果主要适用于金属的价电子，但对其他晶体中的电子，即使是金属的内层电子也并不适用。在大多数晶体中，电子并不是那么自由的，即使是金属和半导体中，其内层电子也要受到原子实较强的束缚作用。在本节，我们将讨论另一种极端情况：当晶体中原子的间距较大，因而原子实对电子有相当强的束缚作用。因此，当电子距某个原子实比较近时，电子的运动主要受该原子势场的影响，这时电子的行为同孤立原子中电子的行为相似。这时，可将孤立原子看成零级近似，而将其他原子势场的影响看成小的微扰。这种方法称为紧束缚近似 (Tight Binding Approximation)。近自由电子模型:在周期场中，若电子的势能随位置的变化（起伏）比较小，而电子的平均动能要比其势能的绝对值大得多，这样，电子的运动几乎是自由的。因此，我们可以把自由电子看成是它的零级近似，而将周期场的影响看成小的微扰。将一通电的导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向垂直，那么，在第三个方向上会产生电位差，这种现象称为Hall 效应行进波因子表明在晶体中运动的电子已不再局域于某个原子周围，而是可以在整个晶体中运动的，这种电子称为共有化电子。它的运动具有类似行进平面波的形式。Bloch 函波矢k 物理意义：k 称为简约波矢，是对应于平移对称操作本征值的量子数，其物理意义是表示原胞之间电子波函数位相的变化。不同的k 值表示原胞间的位相差是不同的。光吸收是指原子在光照下会吸收光子的能量，由低能态跃迁到高能态的现象。（光通过固体时，与固体中存在的电子、激子、晶格振动及杂质和缺陷等相互作用而产生光的吸收。）光发射：固体吸收外界能量，其中一部分能量以可见光或近于可见光的形式发射回来。有关晶格振动及声子答：声子：晶格振动的简正模式（或格波）的能量的量子称为声子。晶体中原子的热振动称为晶格振动。能带形成的主要原因答:电子能带的形成是由于当原子与原子结合成固体时，原子之间存在相互作用的结果，而并不取决于原子聚集在一起是晶态还是非晶态，即原子的排列是否具有平移对称性并不是形成能带的必要条件。导体：低温下为部分填充的或半满的能带绝缘体：在T-0K 时价带是满带，其上最低的许可带是空带的是绝缘体。半导体：在T-0K 的价带是满带，其上最低的许可带全空，但价带上的禁带不如绝缘体宽的是半导体。其T-0K 时的空带称为导带。费米面：k 空间中能量为EF 的等能面 F （k ）=EF 费米面是F-0K 时k 空间占有态与空态的界面，其所包围的体积直接决定于价电子的数密度。二次电子，透射电子及其应用二次电子：从距样品表面100A 左右深度范围内激发出来的低能电子（<50ev ）；主要特点：1、对样品表面形貌敏感；2、空间分辨率高；3、信号收集率高；应用：扫描电子显微镜透射电子：特点：1、质厚衬度效应；2、衍射效应；3、衍射衬效应。应用：透射电子显微镜（电子束照在单晶上花纹是倒点阵花样，在多晶上是同心圆） Eg 影响因素及其尺寸关系 Eg= 为成键态与反键态之间的能量间隙。禁带宽度影响因素：其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。尺寸减小，带隙变宽。金属、半导体电导率随T 变化的异同点电导率：半导体的本征是电导率随温度升高而迅速上升。金属电导率随T 升高而升高。低温区，电导率表现出非线性的温度关系；高温区，电导率与温度为线性关系。紧束缚近似：近自由电子近似方法认为原子实对电子的作用很弱，因而电子的运动基本上是自由的。其结果主要适用于金属的价电子，但对其他晶体中的电子，即使是金属的内层电子也并不适用。在大多数晶体中，电子并不是那么自由的，即使是金属和半导体中，其内层电子也要受到原子实较强的束缚作用。在本节，我们将讨论另一种极端情况：当晶体中原子的间距较大，因而原子实对电子有相当强的束缚作用。因此，当电子距某个原子实比较近时，电子的运动主要受该原子势场的影响，这时电子的行为同孤立原子中电子的行为相似。这时，可将孤立原子看成零级近似，而将其他原子势场的影响看成小的微扰。这种方法称为紧束缚近似 (Tight Binding Approximation)。近自由电子模型:在周期场中，若电子的势能随位置的变化（起伏）比较小，而电子的平均动能要比其势能的绝对值大得多，这样，电子的运动几乎是自由的。因此，我们可以把自由电子看成是它的零级近似，而将周期场的影响看成小的微扰。 i e ?k r i e ?k r

知识讲解_磁场对通电导体的作用力基础

磁场对通电导体的作用力编稿：xxx 审稿：xxx 【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，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安安于B 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 =θ可理解为F (Bsin )IL =θ，此时Bsin θ为B 沿垂直I 方向上的分量，也可理解为F BI(Lsin )=θ，此时Lsin θ为L 沿垂直B 的方向上的投影长度，也叫“有效长度”，公式中的θ是B 和I 方向间的夹角．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

磁场对载流体的作用

磁场对载流导体的作用 3．3．1、安培力一段通电直导线置于匀磁场中，通电导线长L ，电流强度为I ，磁场的磁感应强度为B ，电流I 和磁感强度B 间的夹角为θ，那么该导线受到的安培力为θsin ?=BIL F 电流方向与磁场方向平行时，ο 0=θ，或ο 180=θ，F=0，电流方向与磁场方向垂直时，ο 90=θ，安培力最大，F=BIL 。安培力方向由左手定则判断，它一定垂直于B 、L 所决定的平面。当一段导电导线是任意弯曲的曲线时，如图3-3-1所示可以用连接导线两端的直线段的长度l 作为弯曲导线的等效长度，那么弯曲导线缩手的安培力为 θsin BIL F = 3．3．2、安培的定义如图3-3-2所示，两相距为a 的平行长直导线分别载有电流1I 和2I 。载流导线1在导线2处所产生的磁感应强度为 a I B πμ21 021= ，方向如图示。导线2上长为2L ?的线段所受的安培力为： 2sin 21222π B L I F ?=? = 2 2 1021222L a I I B L I ?= ?πμ 其方向在导线1、2所决定的平面内且垂直指向导线1，导线2单位长度上所受的力ＰＢ图3-3-1 图3-3-2

a I I L F πμ22 1022=?? 同理可证，导线λ上单位长度导线所受力也为a I I L F πμ22 101 1=??。方向垂直指向2，两条导线间是吸引力。也可证明，若两导线内电流方向相反，则为排斥力。国际单位制中，电流强度的单位安培规定为基本单位。安培的定义规定为：放在真空中的两条无限长直平行导线，通有相等的稳恒电流，当两导线相距1米，每一导线每米长度上受力为27 10-?牛顿时，各导线上的电流的电流强度为1安培。 3．3．3、安培力矩如图3-3-3所示，设在磁感应强度为B 的均匀磁场中，有一刚性长方形平面载流线图，边长分别为L 1和L 2，电流强度为I ，线框平面的法线n ρ与B ρ 之间的夹角为θ，则各边受力情况如下： 2BIL f ab = 方向指向读者 2BIL f cd = 方向背向读者 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f bc =-= 方向向下 θ θπ cos )2 sin( 11BIL BIL f da =+= 方向向上 bc f 和da f 大小相等，方向相反且在一条直线上，互相抵消。图3-3-3

通电导体周围的磁场

通电导体周围的磁场一、选择题 1、许多物理学家在科学发展的历程中都做出了杰出的贡献，其中首先发现电流磁效应的是（） A.沈括 B.法拉第 C.奥斯特 D.汤姆逊 2、如图2所示，小磁针甲、乙处于静止状态。根据标出的磁感线方向，可以判断出 A．螺线管的左端为N极 B．电源的左端为负极 C．小磁针甲的右端为N极 D．小磁针乙的右端为N极 3、一个能绕中心转动的小磁针在图示位置保持静止。某时刻开始小磁针所在区域出现水平向右的磁场，磁感线如图所示，则小磁针在磁场出现后（） A．两极所受的力是平衡力，所以不会发生转动 B．两极所受的力方向相反，所以会持续转动 C．只有N极受力，会发生转动，最终静止时N极所指方向水平向右 D．两极所受的力方向相反，会发生转动，最终静止时N极所指方向水平向右 4、如图所示，把螺线管沿东西方向水平悬挂起来，然后给导线通电，会发生的现象是（） A．通电螺线管仍保持静止不动 B．通电螺线管能在任意位置静止 C．通电螺线管转动，直至B端指向南，A端指向北 D．通电螺线管转动，直至A端指向南，B端指向北 5、为判断一段导线中是否有直流电流通过，手边若有下列几组器材，其中最为方便可用的是( ) A.小灯泡及导线 B.铁棒及细棉线 C.带电的小纸球及细棉线 D.被磁化的缝衣针及细棉线 7、在地球赤道上空某处有一小磁针处于水平静止状态，突然发现该小磁针的N极向东偏转，可能是( ) A．小磁针正西方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针 B．小磁针正北方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针 C．小磁针正上方有电子流自东向西水平通过 D．小磁针正上方有电子流自南向北水平通过 8、图中的两个线圈，套在光滑的玻璃管上，导线柔软，可以自由滑动，开关S闭合后则 A. 两线圈左右分开 B. 两线圈向中间靠拢 C. 两线圈静止不动 D. 两线圈先左右分开，然后向中间靠拢 9、如图所示，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P向右移动时，图中的电磁铁（） A．a端是N极，磁性减弱 B．b端是S极，磁性增强

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

初中物理北师大版磁场对通电导线的作用力教案

第十四章磁现象第五节磁场对通电导线的作用力一、教学背景分析本节内容是本章的难点，学生虽然已初步学习了一些有关磁现象的基本概念和电流磁效应的知识，这些知识及规律几乎都是学生由实验概括得出的，但本节课对学生来说仍然很陌生，所以实验的设计尤其重要。国家课程标准中要求：通过实验，了解通电螺线管在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流及磁场方向都有关系。所以本节课在设计上有一个最基本的原则，就是要用实验研究问题，得出结论。比如开头可以从奥斯特实验进行引入，培养学生的逆向思维能力。在讲到动圈式扬声器和耳机的时候，可以让学生亲自动手，研究它的工作原理，这样可以做到学用结合，提高学习效率。总体来说，本节课是本着培养学生的思维、锻炼学生的动手能力这个思想进行教学设计的。二、教学目标 1.经历磁场对通电导线作用力的探究过程，体会控制实验条件的方法。知道磁场对通电导线有力的作用。知道磁场对通电导线作用力的方向与通电导线的电流方向、磁场方向有关。 2.了解动圈式扬声器和耳机的构造与原理。 3.运用磁场对通电导线的作用力分析有关物理现象，养成物理知识与实际相联系的习惯。三、教学重点和难点教学重点：通过实验知道磁场对通电导线有力的作用，力的方向与电流的方向、磁感线的方向有关。通电导线在磁场中运动学生很容易理解，由运动转化到受力情况的分析学生不一定能总结到位，教师要引导学生运动状态的变化本质是力的作用，从而进一步分析设计实验，研究通电导线在磁场中受力的方向和哪些因素有关。教学难点：左手定则及培养学生会从实验现象中总结规律。

观察实验现象很容易，通过现象分析其本质，然后总结成文字将其记录下来，这些对学生都是一个考验。从实验现象中把抽象的磁场方向、电流方向、受力方向三者的关系升华为形象的左手定则，对学生来说难度都很大。可以通过形象化的方法，如用插木棍的方法将左手定则具体化，形象化。四、教学过程 1.教学引入复习奥斯特实验，通过小磁针的偏转，知道通电导线对它周围的磁体有力的作用，反过来，磁体对通电导线有没有力的作用？ 2.“知识点”教学设计实验方案，教师提供器材（通电导体、蹄形磁体、平行导轨），由一个学生上台演示，发现通电导体运动，分析运动状态改变说明受到了力的作用，从而得出磁场对通电导线有力的作用。探究磁场对通电导线作用力的方向相关的因素，根图14-5-1 据实验现象得出规律。学生在猜想的时候要有依据。教师在学生思考的基础上加以肯定，并鼓励学生上台操作实验进行共同探究。 ●设计实验磁场方向不变，改变电流方向，观察通电直导线向哪个方向运动；电流方向不变，改变磁场方向，观察通电直导线向哪个方向运动；同时改变电流方向、磁场方向，观察通电直导线向哪个方向运动。 ●设计记录表格根据记录的实验现象，分析现象，总结磁场对通电导线作用力的方向跟通电导线电流方向和磁场方向有关。

实验：探究通电导线周围的磁场

实验：探究通电导线周围的磁场实验目的：探究通电导线周围的磁场分布。实验原理：奥斯特实验说明了电能生磁，通电导线周围存在磁场，可以利用小磁针及铁屑来研究通电直导线和单股线圈的磁场。实验器材：干电池4节、电池盒1个、开关1个、硬纸板、漆包线、剪刀、铁屑、针锥、铜棒、小磁针若干、导线若干。实验步骤： 1．用剪刀剪一个长方形硬纸板，用针锥在中间扎一个洞，能使铜棒穿过此洞（如图1所示）。图1 图2 2．在铜棒的周围放一圈小磁针，观察小磁针的N极指向（如图2所示）。

3．把铜棒的两端与电源相连，观察开关闭合的瞬间，小磁针指针的偏转情况（如图3所示）。图3 4．拿走小磁针，在硬纸板均匀地撒上铁屑，闭合开关，轻敲纸板，观察铁屑的分布情况（如图4）。图4 5．用曲线把这些曲线画出来，它们就是一些同心圆。 6．用漆包线绕制一个10圈左右的线圈，线圈直径大约为5～8厘米，并用剪刀刮去漆包线两端的绝缘漆。

7．用剪刀把硬纸板剪成如图所示的形状，两孔间的距离与线圈直径差不多，再把线圈左右两股插入到槽中，在板上贴一张白纸（如图5所示）。图5 8．将线圈接入电路中，闭合开关，轻敲硬纸板，观察铁屑的分布情况（如图6所示）。图6 操作提示： 1．在使用剪刀和针锥时，注意安全，不要被割伤。 2．在实验中，由于电路中的电流较大，开关闭合的时间不宜过长。

3．在实验中，通电后小磁针的偏转情况比较清晰，由于通电直导线周围磁场较弱，利用铁屑可能效果不是很明显，要求铜棒中的电流较大。 4．根据导线直导线周围小磁针的N极指向以及电流方向，模仿安培定则，总结出判断通电直导线周围磁场方向的方法（用右手握住导线，大拇指指向电流导线中的电流方向，则四个手指所指方向即为磁场方向）。 5．在研究通电单股线圈的磁场前，也可以使用小磁针来判断磁场的方向。

磁场对通电导线的作用习题(分类练习附答案)

磁场对通电导线的作用力四类主要题型一．安培力大小和方向基础考察 1．关于通电导线所受安培力F 的方向，磁场B 的方向和电流I 的方向之间的关系，下列说法正确的是( ) A ．F 、 B 、I 三者必须保持相互垂直 B ．F 必须垂直B 、I ，但B 、I 可以不相互垂直 C ．B 必须垂直F 、I ，但F 、I 可以不相互垂直 D ．I 必须垂直F 、B ，但F 、B 可以不相互垂直 2．通电矩形线框abcd 与长直通电导线MN 在同一平面内，如图所示，ab 边与MN 平行．关于MN 的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是( BD ) A ．线框有两条边所受的安培力方向相同 B ．线框有两条边所受的安培力大小相等 C ．线框所受的安培力的合力方向向左 D ．线框所受的安培力的合力方向向右 3．在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线（） A ．受到竖直向上的安培力 B ．受到竖直向下的安培力 C ．受到由南向北的安培力 D ．受到由西向东的安培力 4.关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 ( ) A.安培力的方向就是该处的磁场方向 B.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面 C.若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零 D.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最大 5. 一段通电的直导线平行于匀强磁场放入磁场中，如图所示导线上电流由左向右流过．当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90０的过程中，导线所受的安培力（） A ．大小不变，方向也不变 B ．大小由零渐增大，方向随时改变 C ．大小由零渐增大，方向不变 D ．大小由最大渐减小到零，方向不变 6．在匀强磁场中，有一段5㎝的导线和磁场垂直，当导线通过的电流是1A 时，受磁场的作用力是0.1N ，那么磁感应强度B= T ；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B= T ，导线受到的安培力F= N 。二．有效长度的考察 1.如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I ，磁感应强度为B ，求各导线所受到的安培力． F A ＝_______ F B ＝_______ F C ＝_______ F D ＝_______ F E ＝_______ 2.如图所示，长为L 的导线AB 放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为d ，通过的电流为I ，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为B ，则AB 所受的磁场力的大小为（） A ．BIL B ．BIdcos θ C ．BId/sin θ D ．BIdsin θ

第二十一讲：§6.5磁场对运动电荷和载流导线的作用(一、二、三)

第二十一讲：§6.5磁场对运动电荷和载流导线的作用（一、二、三）一、洛伦磁力：运动电荷在磁场中所受的力 1、表达式：q m ?=υ 满足右手螺旋关系 2、讨论：①0 q ，m 与 ?υ 同向； ②0 q ，m 与 ?υ 反向；洛伦磁力与速度垂直，因而不做功。它不能改变运动电荷的速度大小，只能改变速度方向，使其运动方向发生改变。二、带电粒子在磁场中的运动设有一均匀磁场，磁感应强度B ，带电粒子以初速度0进入磁场，根据牛顿定律，有 dt d m q m υυ=?= (6-30) 1、0//B 由(6-30)式，0=m F ，带电粒子在磁场不受力的作用，将作匀速直线运动。 2、0┴B 此时，带电粒子在磁场中作匀速圆周运动如图所示: ①回旋半径：R m B q F m 200υυ== qB m R 0υ=? ②回旋周期：qB m qB m R T πυυπυπ222000===

③回旋频率：m qB T f π21== 3、0与B 成任意夹角θ 此时，可将0υ分解为 θυυcos 0//= θυυs i n 0=⊥ ①回旋半径：R m B q F m 2⊥⊥==υυ qB m qB m R θυυsin 0==?⊥ ②回旋周期：qB m qB m R T πυυπυπ222===⊥⊥⊥ 结果同上 ③旋距：qB m T h πθ υυ2cos 0//== P222例题6-5 三、霍尔在导体两侧出现电势差的现象，称为霍尔效应。霍尔效应是磁电效应的一种，即带电粒子在磁场和电场在运动所产生的效应。 1、霍尔电势差 21U U U H -= b BI U H ∝ b BI R U H H =? ⑴