磁场中的通电导线
通电导线在磁场中受力的判断方法
通电导线在磁场中受力是物理学中的一个重要问题，对于磁场与电流的相互作用有着深远的意义。
正确判断通电导线在磁场中的受力情况，对于理解电磁学知识和应用实践具有重要的指导意义。
本文将从理论和实验两个方面，系统地介绍通电导线在磁场中受力的判断方法。
一、理论分析1. 安培力的方向根据安培力的定义，通电导线在磁场中受到的安培力的方向与导线本身的电流方向和外磁场的方向有关。
当电流方向和外磁场方向垂直时，安培力的方向与电流和磁场的方向关系由右手定则确定。
2. 安培力的大小安培力的大小与导线本身的电流大小以及外磁场的强度有关，可以通过安培力的计算公式进行求解。
在实际应用中，经常需要根据安培力大小的判断来设计和选择电磁设备。
二、实验验证1. 安培力实验通过安培力实验，可以直观地观察通电导线在磁场中受力的情况。
通过改变电流方向、电流强度和外磁场强度等条件，可以验证理论分析中的安培力方向和大小的判断方法。
2. 磁场力线观察通过铁屑实验等方法，可以观察外磁场的分布情况，验证外磁场方向和大小对通电导线受力的影响。
这有助于加深对磁场与电流相互作用的物理图像理解。
通过理论分析和实验验证，可以比较客观地判断通电导线在磁场中受力的方法。
这有助于培养学生的实践能力和创新意识，提高学生对物理学知识的整体把握能力。
对于电磁技术应用领域的人员，正确判断通电导线在磁场中受力的方法也具有指导意义，可以帮助他们更好地设计和应用电磁设备。
在日常生活和工程实践中，电磁技术已经得到了广泛的应用。
正确判断通电导线在磁场中受力的方法不仅是科学研究的前沿问题，更是现代工程技术的重要基础。
希望通过本文的介绍，可以促进对该问题的深入研究和实际应用，并推动电磁技术领域的发展。
3. 应用领域电磁技术在现代社会的各个领域都有着广泛的应用，包括电力工程、通信技术、医疗设备、交通运输、环境监测等。
在这些领域中，通电导线在磁场中受力的判断方法都具有重要的应用价值。
在电力工程中，正确判断通电导线在磁场中受力的方法可以帮助工程师设计和优化输电线路、发电设备等电气设备，保障电网的安全稳定运行。
通电导线在磁场中受到的力
通电导线在磁场中受到的力一、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 和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。
1．安培力方向的特点(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，拇指与四指、拇指与磁感线均垂直，但磁感线与四指不垂直。
1．(多选)如图所示，F 是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是( )2、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，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C1．同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图3-4-4所示。
图3-4-4(1)如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，F ＝ILB 。
(2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，F ＝0。
(3)如图丙，通电导线与磁场方向成θ角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所示，于是有安培力大小为F ＝ILB sin θ，这是一般情况下安培力的表达式。
2．对安培力的说明(1)F ＝ILB sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L 为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L 由始端流向末端，如图3-4-5所示。
通电导线在磁场中的有效长度
通电导线在磁场中的有效长度要说起通电导线在磁场中的“有效长度”，这事儿其实跟我们平时碰到的那些看起来很高大上的物理现象一样，乍一看有点复杂，但一深入了解，你就会发现其实并不那么难懂，甚至能让你拍案叫绝！大家可以想象一下，如果你拿根铁丝放在磁场里，再给它通点电，那根铁丝就会因为磁场的存在发生一些神奇的变化。
你会发现它开始有力气了，甚至会产生一个方向上的“推力”。
这股力就是我们常说的“洛伦兹力”，而它的大小，正好和几个因素有关，其中之一就是那根导线的有效长度。
现在我们就来捋捋这个“有效长度”是个啥意思。
大家知道，磁场对导线的作用力不是作用在整个导线上的，而是作用在导线与磁场“接触”的那部分。
你可以这么理解：如果你把磁场看成是一群“超级英雄”，每个英雄都可以给导线上的每一段“发力”，那只有在磁场和电流交织的地方，力才会产生。
所以，那根导线的有效长度其实就是在磁场作用下，那段“真真正正”能产生力的部分。
想象一下你在水里游泳，水的阻力不是作用在你全身，而是你与水接触的那一部分。
所以啊，这个“有效长度”跟你游得有多远关系不大，关键看你与水（磁场）接触的地方多长。
更有意思的是，磁场的强度和方向也会影响这个有效长度。
如果磁场的方向恰好和电流方向平行，那么导线上的力就最大，力的作用范围也最广。
要是磁场方向和电流方向垂直，那力也能作用得比较均匀，导线的有效长度就能充分展现它的“潜力”。
要是方向角度出现点偏差，嘿，效果可能就打了折扣。
你看，这个看似简单的电流和磁场之间的关系，其实藏着不少学问。
不过可能有朋友会问了，“那我们能不能让导线的有效长度无限长呢？这样不就可以让力变得更大了吗？”哈哈，想法不错，但实际上不太可能。
就好像你在跑步时，你的速度和步伐可能会因为地面不同而有所变化，你能不能不断地跑下去，关键得看地面（磁场）的承受力。
如果你让导线一直在强磁场中工作，甚至可能会引发一些意想不到的问题，比如过热、短路啥的，最后只会给自己惹麻烦。
磁场对通电导线的作用
磁场对通电导线的作用首先，让我们来详细了解磁场对通电导线产生力的作用。
当一个导线通过一个磁场时，磁场会对导线中的电荷施加力。
这是由于电荷在磁场中运动时受到洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的大小与电荷的大小、电流的大小和磁场的大小相关。
根据右手法则，当电荷的运动方向与磁场的方向垂直时，力的方向与电流的方向垂直。
这就是著名的洛伦兹力。
洛伦兹力的应用非常广泛。
其中一个典型的应用是电动机。
在电动机中，通电导线被放置在一个强磁场中，当电流通过导线时，洛伦兹力会使得导线开始转动。
这样，电能可以被转化为机械能，实现物体的运动。
同样，电子在电视和计算机显示器中的运动也是通过洛伦兹力实现的。
另一个重要的作用是磁场对导线产生电磁感应现象。
当一个导体相对于磁场运动时，导体中会产生感应电流。
这就是著名的法拉第电磁感应定律的内容。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于导体的运动速度、导体和磁场的相对速度以及磁场的强度。
磁场对导线产生电磁感应现象的应用也非常广泛。
一个典型的应用是发电机。
在发电机中，一个导线被放置在一个强磁场中，并通过机械力转动。
当导线旋转时，感应电动势被感应出来，并使得电子在导线中流动，这样电能就被转换为机械能。
在实际应用中，磁场对通电导线的作用是不可忽视的。
例如，MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，它可以通过产生磁场并让身体中的水分子排列起来，然后通过感应电流的方式获取图像。
这种技术非常有用，可以准确地观察人体内部的问题。
在电磁学中，磁场对通电导线的作用是不可或缺的。
它不仅可以产生力，还可以产生电磁感应现象。
通过使用磁场对导线产生的力和电磁感应现象，我们可以实现电能转换为机械能，或者利用感应电动势从机械能转换为电能。
这种技术在能源转换、电力传输和医学影像等领域具有广泛的应用。
通过进一步研究和改进磁场对通电导线的作用，我们可以开发更多创新的应用，为人类的进步和发展做出贡献。
通电导线在磁场中受到的力
通电导线在磁场中受到的力引言在物理学中，当一个电流通过导线时，导线会在磁场中受到力的作用。
这种现象被称为“洛伦兹力”。
洛伦兹力是由于电流携带的电荷在磁场中受到的作用力。
本文将介绍通电导线在磁场中受到的力的原理和相关公式，并探讨一些与此现象相关的应用。
原理通电导线在磁场中受到的力是通过洛伦兹力定律来描述的。
根据洛伦兹力定律，一个电流为I的导线在磁场中受到的力F可以由以下公式计算得出：F = I * B * L * sin(θ)其中，I是电流的大小，B是磁场的强度，L是导线的长度，θ是导线和磁场之间的角度。
这个公式说明了几个重要的事实。
首先，洛伦兹力与电流的大小成正比。
这意味着，电流越大，导线受到的力也越大。
其次，洛伦兹力与磁场的强度成正比。
磁场强度越大，导线受到的力也越大。
最后，洛伦兹力还与导线的长度以及导线和磁场之间的夹角有关。
如果导线长度越长或者导线与磁场的夹角越大，导线受到的力也会越大。
应用通电导线在磁场中受到的力有一些实际应用。
下面将介绍一些常见的应用场景。
电动机电动机是利用导线在磁场中受到力的原理来工作的设备。
在一个电动机中，一个导体绕着一个磁铁形成的磁场旋转。
当电流通过导体时，导体受到的力会使得它开始旋转。
这样就实现了将电能转换为机械能的过程。
麦克斯韦环路定理麦克斯韦环路定理是电磁学中的一个重要定理，它是基于通电导线在磁场中受到的力原理推导出来的。
麦克斯韦环路定理用于计算磁场的强度，它通过沿一个闭合回路计算导线受到的力的总和来获得。
磁阻计磁阻计也是利用通电导线在磁场中受到的力原理来工作的设备。
磁阻计的原理是通过在一个导线中通过电流，然后测量导线受到的力来确定磁场的强度。
根据洛伦兹力定律，通过测量导线受到的力，我们可以计算出磁场的强度。
结论通电导线在磁场中受到的力是一个重要的物理现象，在许多应用中发挥着重要的作用。
通过洛伦兹力定律，我们可以计算出导线受到的力，并且了解到这个力与电流大小、磁场强度、导线长度和导线与磁场之间夹角的关系。
4、通电导线在磁场中的受力(1)(广)
两种特殊情况：
①当θ＝00时，即B∥I，导线与磁场平行，F＝0
②当θ＝900时，即B⊥I，导线与磁场垂直，F＝BIL
课堂练习：
1、将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流
与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导
线所受安培力的大小和方向
F
磁场方向
竖直向上
磁场方向与水平面
成夹角α斜向上
α
x
b
α
y
a
B
a
B
B
F
α
F
α
F
α
x
F
y
B
B
α
同向电流相互吸引
问题：如图所示，两条平行
的通电直导线之间会通过磁
场发生相互作用
F
F
a
b
b的磁场对a的作用
a
b
a的磁场对b的作用
异向电流相互排斥
结论: 同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
请使用刚学过的知识
解释本实验结果。
则往什么方向转？
逆时针旋转
思考
安培定则和左手定则中都有“磁场”，这两个磁场有
何分别？
安培定则中的“磁场”是电流产生的，其与电流
密不可分，是同时存在、同时消失的；
左手定则中的“磁场”是外加的磁场，该磁场不因
试探电流的消失而消失。
安培定则和左手定则的比较
应用
具体
情况
条件
内容
结果
安培定则（右手螺旋定则）
导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积
即：F＝BIL（导线所受的安培力最大）
3.1磁场中的通电导线
荣昌中学 2011－09－19
杆由静止变为运动
说明杆受力（磁场力） 说明杆受力（磁场力） 我们就将， 我们就将，通电导线 在磁场中受到的力称为
安培力
(1)力的方向: 伸开左手， 左手定则： 伸开左手，使大拇 指跟其余四个手指垂直， 指跟其余四个手指垂直，并且 跟手掌在同一个平面内， 跟手掌在同一个平面内，把手 放入磁场中， 放入磁场中，让磁感线垂直穿 入手心， 入手心，并使伸开的四指指向 电流方向，那么， 电流方向，那么，拇指所指的 方向， 方向，就是通电导线在磁场中 的受力方向． 的受力方向．
• (2)力的大小:
B ⊥ I时: F = BI L
B// I时: F =0 =
•安培力的应用: 安培力的应用: 安培力的应用
• 电磁式电流计(安培) 电磁式电流计(安培) •电动机 电动机
3.1磁场中的通电导线 1安培力:通电导线在磁场中受到的 安培力: 力. 方向： （1）方向：左手定则 大小：F=BIL（ 垂直） （2）大小：F=BIL（B与I垂直） 作用点： （3）作用点：导线上 应用： 2应用：
通电导线在磁场中受到的力
电流 元法
把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所 受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而 确定导线运动方向
环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或 等效法 多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间
的作用规律判断
特殊位 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安 置法 培力的方向，从而确定其运动方向
向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转
轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电
流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越
图 3-4-2
大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电
流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。
所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 5．优缺点
[典例] 如图 3-4-11 所示，在倾角 θ＝30°的斜
面上固定一平行金属导轨，导轨间距离 l＝0.25 m，
两导轨间接有滑动变阻器 R 和电动势 E＝12 V、内
阻不计的电池。垂直导轨放有一根质量 m
图 3-4-11
＝0.2 kg 的金属棒 ab，它与导轨间的动摩擦因数 μ＝ 63。整个装
置放在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度 B＝0.8 T。当调
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＝ ILBsin θ 。
三、磁电式电流表
1．原理
安培力与电流的关系。
2．构造
磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。
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判定以下通电导线所受安培力的方向
F I B B B I
I
F
B
B
B I
F
I
α
α α
如图所示，水平放置的金属棒用悬线吊在匀强磁 如图所示， 场中，磁场方向垂直纸面向里。 场中，磁场方向垂直纸面向里。当金属棒通以从 左至右的电流时， 左至右的电流时，关于悬线对棒的拉力判断正确 的是( )。 的是( B )。 A．悬线对棒的拉力等于金属棒所受的重力 B．悬线对棒的拉力大于金属棒所受的重力 C．悬线对棒的拉力小于金属棒所受的重力 D．以上答案都有可能
研究表明
在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培 匀强磁场中 当通电导线与磁场方向垂直 垂直时 力的大小等于磁感应强度 电流和导线的长度的乘积。 磁感应强度、 力的大小等于磁感应强度、电流和导线的长度的乘积。
二、安培力的大小： 安培力的大小：
F = BIL
F B= IL
公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形 公式变形
人们发现：当线圈转过与磁场方向垂直的位置后， 人们发现：当线圈转过与磁场方向垂直的位置后，如 改变电流方向就可以让线圈持续转动下去 就可以让线圈持续转动下去。 果改变电流方向就可以让线圈持续转动下去。而这种 换向器。 能够改变电流方向的装置就是换向器 能够改变电流方向的装置就是换向器。
直流电动机原理 动画演示
安培画像
实验结论： 实验结论：
两平行通电 直导线的相 互作用演示
实质：不是电荷间的相互作用 电荷间的相互作用， 实质：不是电荷间的相互作用，而是
问题：通电导线在磁场受安培力作用， 问题：通电导线在磁场受安培力作用，会朝
一个方向运动，如果把导线弯成矩形线圈， 一个方向运动，如果把导线弯成矩形线圈，放 入磁场后又会发生什么现象呢？ 入磁场后又会发生什么现象呢？ 动画演示
当电流方向与磁场方向 平行时，安培力F 平行时，安培力F＝0。
此式从安培力的 角度给出了磁感 应强度的定义。 应强度的定义。 与电场度的定义 相同， 相同，均用比值 法。体现了磁场 对放入其中的电 流有力的作用， 流有力的作用， 这种能力与电流 的大小、 的大小、导线的 长度无关。 长度无关。
地球是一个大磁体，在赤道上的地磁场可 地球是一个大磁体， 以看成是一个匀强磁场，。 ，。如果赤道某处 以看成是一个匀强磁场，。如果赤道某处 的磁感应强度为0.5 的磁感应强度为0.5╳10－4T，在赤道上有 一根东西方向的直导线， 20m， 一根东西方向的直导线，长20m，载有流 向从东往西的电流30A 30A。 向从东往西的电流30A。地磁场对这根导 线的作用力多大？方向如何？ 线的作用力多大？方向如何？ 所受安培力
高中物理 选修1 选修1－1
第三章 打开电磁学的大门
3.1 磁场中的通电导线
东山二中 沈雄斌
从奥斯特发现电流磁效应，我们知道通电导线 从奥斯特发现电流磁效应，我们知道通电导线 周围会产生磁场。它会使周围小磁针发生偏转。 周围会产生磁场。它会使周围小磁针发生偏转。 如果把通电导线放入到磁场 中，导线会有什么样的反应 呢？
问题： 问题：通电导线在磁场中受到的作用力称安培
力，那么这个力的大小又与哪些因素有关呢？ 那么这个力的大小又与哪些因素有关呢？ 动画演示
通电导线所受安培力的大小与磁感应强度 通电导线所受安培力的大小与磁感应强度、电流 磁感应强度、 的大小以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关 以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关。 的大小以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关。
通电线圈在磁场中由于两边受到安 培力的方向不同，所以会发生转动。 培力的方向不同，所以会发生转动。
磁电式电流计。 磁电式电流计。第 一台磁电式电流计 是安培制作的。 是安培制作的。
问题：通电矩形线圈， 问题：通电矩形线圈，放入磁场后又会发生
转动，但不能持续朝一个方向连续不断的转。 转动，但不能持续朝一个方向连续不断的转。 要如何使线圈连续不断的旋转下去？ 要如何使线圈连续不断的旋转下去？
F = BIL = 0.5 × 10 × 30 × 20 = 3.0 × 10 N
−4 −2
据左手定则， 据左手定则，可以判断导线受到的安培力的 方向垂直指向地面。 方向垂直指向地面。
问题：通电导线周围能产生磁场， 问题：通电导线周围能产生磁场，那么两条
平行的通电直导线之间会不会通过磁场发生相 互作用呢？ 互作用呢？
安培力：通电导线在磁场中受到的力 安培力：
一、安培力的方向
1、保持电流方向 不变， 不变，改变磁场 方向， 方向，安培力的 方向怎样变化？ 方向， 方向，安培力的 方向怎样变化？ 方向怎样变化？
伸开左手， 伸开左手， 四指与拇 指在同一 平面内并 相互垂直 垂直， 相互垂直， 让磁感线 垂直穿过 垂直穿过 手心， 手心，四 指指向电 流的方向， 流的方向， 则拇指所 指的方向 就是安培 力的方向。 力的方向。