1磁场对电流的作用
磁场对电流的作用
磁场对电流的作用
磁场对电流的作用如下：
1.通电导线在磁场中要受到磁力的作用。
是由电能转化为机械能。
应用：电动机。
2.通电导体在磁场中受力方向：跟电流方向和磁感线方向有关。
3.电动机原理：是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的。
结构：定子和转子（线圈、磁极、换向器）。
它将电能转化为机械能。
4.换向器作用：当线圈刚转过平衡位置时，换向器自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈的受力方向，使线圈连续转动（实现交流电和直流电之间的互换）。
磁场物理概念是指传递实物间磁力作用的场。
磁场是由运动着的微小粒子构成的，在现有条件下看不见、摸不着。
磁场具有粒子的辐射特性。
磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。
由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是相对于观测点运动的电荷的运动的电场的强度与速度。
磁场与电流的能量转化：磁场对电流的能量转化过程
磁场与电流的能量转化：磁场对电流的能量转化过程磁场和电流之间存在着密切的关系，其中最显著的表现便是磁场能量对电流的能量转化过程。
在这个过程中，电流通过导线产生磁场，而这个磁场又可以影响电流，从而实现其能量的转换。
本文将探讨磁场对电流的能量转化过程，以及相关的应用和意义。
首先，我们需要了解磁场和电流之间的相互作用机制。
根据安培定律，在一根长直的导线周围形成的磁场的磁感应强度与电流成正比。
也就是说，电流越大，所产生的磁场越强。
反过来，当导线周围存在磁场时，这个磁场将对电流产生力的作用，称为洛伦兹力。
这种相互作用机制使得磁场和电流之间能量的转化成为可能。
当电流通过导线时，它会产生一个环绕导线的磁场。
这个磁场所储存的能量称为磁场能量。
磁场能量的大小与磁感应强度的平方成正比，也与导线所围成的面积有关。
具体来说，磁场能量等于磁感应强度的平方乘以导线面积的一半。
可以用以下公式表示：W = (1/2) * B^2 * A其中，W表示磁场能量，B表示磁感应强度，A表示导线的面积。
当磁场与导线内的电流相互作用时，就会发生能量的转化。
磁场通过洛伦兹力对电流起到作用，导致电流在导线中流动所以作用力所做的功。
这个功可以被视为电流能量的转化。
具体来说，功等于洛伦兹力乘以电流在导线中行进的距离。
可以用以下公式表示：W = F * d其中，W表示功，F表示洛伦兹力，d表示电流在导线中行进的距离。
通过分析上述公式，可以发现磁场能量和电流能量之间的关系。
磁场能量可以通过洛伦兹力对电流所做的功来转化为电流能量。
换句话说，磁场能量转化为电流能量的过程就是洛伦兹力对电流做功的过程。
磁场与电流能量的转化在很多领域都得到了广泛的应用和研究。
其中一个典型的应用是电动机。
电动机是一种将电能转化为机械能的装置，其中的关键组件便是磁场和电流的相互作用。
当电流通过电动机的线圈时，它会产生磁场。
这个磁场与电动机内部的永磁体相互作用，从而产生力矩，使得电动机转动，将电能转化为机械能。
磁场对电流的作用 电动机
磁场与电流的能量转换
研究磁场与电流之间的能量转换关系，分析电动机 的效率、损耗和温升等问题，为电动机的性能优化 提供理论依据。
磁场与电流的动态行为
研究磁场与电流之间的动态行为，分析电动 机的启动、制动和调速性能，为电动机的控 制策略提供理论支持。
磁场与电流作用在新能源领域的应用
风力发电
利用磁场和电流的作用，将风能转换为机械能，再通过发电机转 换为电能，提高风能利用率。
如矢量控制、直接转矩控制等新型驱动技术的应用，将进一步提高 电动机的控制性能。
跨界融合
电动机将与其他领域的技术进行融合，如与新能源技术、智能传感器 等结合，拓展应用领域。
电动机在可持续发展中的作用
01
节能减排
高效能和绿色化的电动机将有助 于减少能源消耗和排放污染物， 推动可持续发展。
02
促进可再生能源利 用
生产线
03
在自动化生产线中，电动机驱动各种机械和传送装置，完成生
产任务。
电动机的维护与保养
01
02
03
04
定期检查
定期检查电动机的接线、轴承 、润滑等情况，确保正常运转
。
清洁与除尘
保持电动机的清洁，定期清除 灰尘和杂物，防止影响散热和
正常运转。
更换磨损件
对于磨损严重的轴承、齿轮等 部件，应及时更换，确保电动
域有广泛应用。
混合励磁电动机
结合了永磁体和电励磁的优点， 可以在不同工况下调整磁场强度 和方向，具有较高的灵活性和效 率，在船舶推进、工业自动化等
领域有广泛应用。
磁场对电流作用的理论研究
磁场与电流的相互作用机 理
研究磁场与电流之间的相互作用力，探索磁 场对电流的力矩和转矩作用，为新型电动机 的设计提供理论支持。
法拉第电磁感应定律磁场与电流的相互作用
法拉第电磁感应定律磁场与电流的相互作用法拉第电磁感应定律是描述磁场与电流相互作用的重要定律之一。
它建立了电磁感应现象与磁场强度、导体尺寸、运动速度和磁场方向之间的关系。
本文将深入探讨法拉第电磁感应定律和磁场与电流的相互作用。
一、法拉第电磁感应定律介绍法拉第电磁感应定律是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年首先提出。
法拉第电磁感应定律指出，当导体中的磁通量发生变化时，将在导体中产生感应电动势，从而产生涡流或感应电流。
这一定律说明了磁场变化与电流产生之间的相互关系。
二、磁场与电流的相互作用1. 磁场对电流的作用当导体中存在电流时，会形成环绕导体的磁场。
根据安培环路定理，磁场的强度与电流大小成正比，且方向由右手螺旋法决定。
磁场对电流的作用表现为洛仑兹力，即导体中每个电荷元受到的力使导体发生运动。
这一作用是电磁感应现象的基础。
2. 电流对磁场的作用根据法拉第电磁感应定律，当导体中的电流发生变化时，将在导体周围产生磁场。
这一作用可以通过安培环路定理得到证明。
电流对磁场的作用是电磁感应的基础，广泛应用于电磁器件和电磁传感器。
三、电磁感应在生活中的应用1. 发电机原理发电机是基于电磁感应定律的重要装置之一，通过导体在磁场中旋转产生的感应电动势转化为电能。
发电机的基本原理是将机械能转化为电能，广泛应用于发电厂和各种电力设备中。
2. 变压器原理变压器是利用电磁感应定律的原理来实现电压的变换。
当交流电经过初级线圈时，产生变化的磁场通过铁芯传递给次级线圈，从而在次级线圈中产生感应电动势，从而实现电压的变换。
变压器广泛应用于电力传输和电子设备中。
3. 感应炉原理感应炉是一种利用电磁感应原理进行加热的装置。
通过感应线圈产生的交变磁场感应导体中产生的感应电流，从而产生热量。
感应炉在冶金、熔炼和加热处理等领域有着广泛的应用。
四、电磁感应的实验1. 法拉第电磁感应实验法拉第进行的经典实验是通过将导体绕过磁铁时，观察到导线两端产生感应电流的现象。
磁场与电流的作用
磁场与电流的作用
磁场和电流之间有着紧密的关系。
磁场是由电流产生的，并且电流
在存在磁场的情况下也会受到磁场的影响。
1. 电流产生磁场：当电流通过导线时，会形成一个有方向的磁场环
绕着导线。
这个磁场的方向与电流的方向有关，在导线周围形成一个
闭合的磁场线圈。
这个现象被称为“安培环路定理”。
2. 磁场对电流的作用：磁场可以对通过其的电流施加力。
根据洛伦
兹力定律，当电流通过一个磁场时，会受到与电流方向垂直的力，即
洛伦兹力。
这个力的大小与电流强度和磁场强度有关。
3. 磁场对电流的方向有影响：根据右手定则，当电流通过一个磁场时，磁场会对电流的方向施加一个力矩，使得电流在磁场中发生偏转。
这个定则可以用来确定电流受到磁场力的方向。
4. 电流产生磁场并产生相互作用：当多个导线中有电流通过时，它
们各自产生的磁场会相互作用。
这种相互作用可以导致导线之间的吸
引或排斥，这是基于电磁感应原理的基础。
总的来说，磁场和电流之间的作用是相互的。
电流可以产生磁场并
受到磁场力的作用，而磁场则可以对电流施加力并改变电流的方向。
这些相互作用是电磁学和电动力学的基础，并在电磁装置和电路中得
到广泛应用。
磁场对电流的作用原理
磁场对电流的作用原理磁场是由电流产生的，当电流通过导体时，会产生磁场。
磁场可以用磁感应强度B来描述。
而洛伦兹力是指在磁场中的电流元素受到的力，可以用F表示。
这个力的大小和方向由洛伦兹力定律给出，它是电流I、电流元素的长度l、磁感应强度B和形成的夹角θ之间的关系。
当电流通过导体时，磁场对电流元素产生一个作用力，使得导体受到一个力，这个力会使得导体发生位移和形变。
根据牛顿第三定律，作用力和受力力大小相等、方向相反。
因此，在磁场中的电流元素所受的总力为零。
但是，磁场对电流元素的作用力并不会消失，而是转变为导体内部电子的运动，并且与导体内部的自由电子相互作用，从而产生一个电流。
这个过程可以通过磁场对电导体的两个特性来描述。
第一个特性是电阻，当磁场对电导体产生作用时，电流元素内部会有一个阻力，导致电阻的产生。
这个阻力可以用欧姆定律来描述，即电流和电压之间的关系。
但是在磁场中，电阻的大小会受到磁场的强度和方向的影响，导致电流发生变化。
第二个特性是电动势，当磁场对电导体产生作用时，导体内部会产生电动势，使得电流发生变化。
这个电动势可以用法拉第定律来描述，即电动势和磁感应强度、导体的长度、电流和夹角之间的关系。
当磁场的强度和方向发生变化时，电动势也会发生变化，从而产生一个交流电流。
总之，磁场对电流的作用原理是通过洛伦兹力和磁场对电导体的特性相互作用来实现的。
磁场可以导致电导体内部的自由电子发生运动，从而产生一个电流。
这个过程可以用磁场对电导体的电阻和电动势的影响来描述。
磁场对电流的作用原理在电动机、发电机、电动车、变压器等许多电器和电力设备中都有广泛应用。
2025高考物理备考复习教案 第十一章 第1讲 磁场及其对电流的作用
安培力作用下的平衡和加速问题
2022：湖北T11，全国甲T25；
2021：广东T5；
2019：江苏T7
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第1讲
磁场及其对电流的作用
核心素养对接
1.物理观念：理解磁感应强度、磁感线、安培力等概念；掌握安培定则、左手定则
的应用方法；建立磁场的物质观念，运动与相互作用观念及能量观念.
线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的
运动情况是(
A )
A. 线圈向左运动
B. 线圈向右运动
C. 从上往下看顺时针转动
D. 从上往下看逆时针转动
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第1讲
磁场及其对电流的作用
[解析]
解法1：等效法
把环形电流等效为一个小磁针，如图所示，磁铁和线圈相互吸引
变成磁体间的相互作用.故A正确.
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第1讲
磁场及其对电流的作用
4. [2024湖北荆州模拟]铁环上绕有带绝缘皮的通电导线，电流方向如图所示，若在
铁环中心O点处放置垂直纸面的电流元，电流方向向外，则电流元受到的安培力方
向为(
A. ①
[解析]
B )
B. ②
C. ③
D. ④
根据右手螺旋定则可知，铁环上方是N极，铁环内的磁场方向由上到下，再
A. 平行于纸面向上
B. 平行于纸面向下
C. 左半部分垂直纸面向外，右半部分垂直纸面向里
D. 左半部分垂直纸面向里，右半部分垂直纸面向外
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第1讲
磁场及其对电流的作用
[解析] 解法1：电流元法
如图，根据安培定则，可判断出导线a半部分的空间磁场方向斜向右上方，右半部
磁场与电流的产生
磁场与电流的产生磁场与电流之间有着密切的联系，它们相互影响，相互作用。
本文将探讨电流如何产生磁场，以及磁场如何影响电流的流动。
一、电流产生磁场根据安培法则，电流通过导线时会产生磁场。
当电流通过导线时，导线周围会形成一个闭合的磁场线圈。
磁场的大小和方向与电流的强度和流动方向有关。
磁场的大小和电流强度成正比，即电流越大，磁场越强。
磁场的方向根据右手螺旋定则确定，即将右手的四指放在导线上，让手指的方向与电流的流动方向相同，那么手掌的方向就是磁场的方向。
二、磁场对电流的影响1. 磁场对电流的产生当导线处于磁场中，磁场会对导线内的电子施加一个力，使电子受到偏转。
由于电流是由电子流动而形成的，所以磁场对电子的偏转间接导致了电流的产生。
2. 磁场对电流的方向根据楞次定律，电流产生的磁场的方向与外部磁场的变化方向相反。
这意味着，如果外部磁场的方向发生变化，导线中的电流方向也会相应地发生变化，以抵消外部磁场的影响。
3. 磁场对电流的阻力当导线内电流流动时，磁场会对电流施加一个阻力，使电流受到阻碍，这被称为磁阻抗。
磁阻抗的大小取决于磁场的强度和导线的形状、材料等因素。
磁阻抗反映了磁场对电流流动的影响程度。
三、应用案例磁场与电流的相互作用有着广泛的应用，以下是几个常见的案例：1. 电动机电动机利用电流在磁场中受力的原理工作。
当电流通过电动机的线圈时，会在线圈周围产生磁场，这个磁场与电动机中的永磁体磁场相互作用，从而产生电动力，驱动电动机转动。
2. 电磁铁电磁铁是一种由电流产生磁场的装置。
当电流通过电磁铁的线圈时，可以产生强磁场，将铁磁材料吸附。
这种装置在起重机、电磁锁等领域得到广泛应用。
3. 电磁感应根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，会在导体中产生感应电流。
这个原理被广泛应用于发电机、变压器等设备中。
四、总结磁场与电流之间有着密切的联系和相互作用。
电流通过导线时，会产生磁场，磁场的大小和方向与电流的强度和流动方向有关。
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B
• 例4、如图所示，条形磁铁与悬挂的线圈平面 垂直，线圈中通有逆时针方向电流（从左侧 看）。在条形磁铁S极向线圈靠近时，线圈将 如何运动？
环形电流相 当于小磁针
N S
如果磁铁与线圈 平面平行呢？
N
S
（2）安培力参与的平衡问题的处理
安培力的方向总是垂直于电流方向和磁场方向 决定的平面，即一定垂直于B和I，但B和I不一 定垂直．有关安培力的力、电综合题往往涉及 到三维立体空间问题，如果我们变三维为二维 便可变难为易，迅速解题。
f
mg
mg
mg
[例3] 、 如图所示，通电导体棒AC静止于水平轨 道上，棒的质量为m，长为L，通过的电流为I， 匀强磁场的磁感强度为B，方向和轨道平面成角。 求轨道受到AC棒的压力和摩擦力各多大。
BIL N f mg B
N mg BILcos
受力分析时要把三维图转 化为二维图 处理的方法与力学相同， 要注意安培力的特点
sin37
0
0.8N
1N
N
×
F
G
• 如图所示，一根质量为40g、长为0.5m的细铜棒 MN用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为 0.2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面水平向 里。 • （1）细线的张力为零，棒中的电流什么方向？ 大小是多少？ • （2）如果电流大小不变，将磁场方向变化竖直 向上，则细线的张力是多大？ 细线与竖直方向的夹角是多大？
F 垂直纸面向外
F 垂直纸面向外
跟踪练习2、已知磁场方向和安培力方向，试确 定图中电流的方向 。
I
I
×
I
Fห้องสมุดไป่ตู้
2、安培力的大小：
①B与导线垂直： F BIL
② B与导线平行：
F 0 F BIL sin
③B 与导线不平行，
也不垂直：
①一般只适用于匀强磁场；
②L⊥B；
③如果是弯曲的通电导线，则L是指有效长度， 它等于导线两端点所连直线的长度（如图所 示），相应的电流方向沿L由始端流向末端
f BILsin
[例4]如图所示，电源电动势E=2V，内阻r＝0.5 Ω，竖 直导轨电阻可以忽略不计，金属棒的质量m＝0.1kg， R＝0.5Ω，它与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，有效长度 为l=0.2m，靠在导轨的外面，为使金属棒不滑动，应 加一与纸面成30°与棒垂直且向里的磁场，问： （1）此磁场是斜向上还是斜向下？ （2）B的范围是多少？
BIl cos60 mg f f N
0
N BIl sin 60 BIl cos600 f mg f N
0
BIL N X f mg
N BIl sin 600
[例5]如图所示，一个密度ρ=9g/cm3、横截面积S=10mm2的金 属环，处于径向对称方向发散的磁场中，环上各处的磁感应强 度为B=0. 35 T，若在环中通以顺时针方向（俯视）电流I=10 A， 并保持△t=0. 2 s，试分析：环将做什么运动？运动的距离是多 少？（不计空气阻力，g= 10 m/s2）
例、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示， 1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体 （包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮 （常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长 为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁 场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？ （不计轨道摩擦） 2 v 2as v 2 0 a 5 105 m / s 2 2s
例5、质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上， 导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ．有电流时 ab恰好在导轨上静止，如 • 图所示是沿ba方向观察时的四个平面 • 图，标出了四种不同的匀强磁场方向， • 其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（ ） N F安 F安 N
f
F安 mg
N F安
F ma 1100N
F B 55T IL
Pm Fv 1.1107 W
3、安培力的应用
（1）、安培力作用下物体的运动方向的判断
1、电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手 定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段 电流所受合力方向，最后确定运动方向。 2、特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后 再判断安培力方向，从而确定运动方向。 见学案 3、等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条 形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以 等效成很多匝的环形电流来分析。 4、利用结论法：①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互 吸引；，反向电流相互排斥 ；②两电流不平行时，有转动到相互 平行且电流方向相同的趋势。利用这些结论分析，可以事半功 倍． 见学案
例2、如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上在其左上 方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以如 图所示方向电流时（ ） F
• A．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力 • B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力 • C．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力 F’ • D．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力 【例3】如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁 磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导 线的运动情况是（从上往下看）（ A） A.顺时针方向转动,同时下降 B.顺时针方向转动,同时上升 C.逆时针方向转动,同时下降 D.逆时针方向转动,同时上升
第二课时：磁场对电流的作用
1、安培力的方向：
①伸开左手，使大拇指跟 其余的四指垂直共面， ②把左手放入磁场, 让磁感 线穿过掌心， ③以磁感线为轴,旋转左手, 让四指指向电流方向 , 伸 直的大拇指的指向就是 安培力方向。
——左手定则
FI FB
跟踪练习1、已知磁场方向和电流方向，试 确定图中电流所受安培力的方向
• 如图所示，跟水平面成370角且连接电源的光滑 金属框架宽为20cm，一根重为G的金属棒ab水 平放在金属框架，磁感应强度B=0.6T，方向竖 直向上，当通过金属棒的电流为5A时，它刚好处 于静止状态，求金属棒的重力和金属框架对棒的 支持力大小。
F BIL 0.6N
G
N
F tan 370 F