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08
磁场及其应用
导入 神奇梦幻的极光
在地球的南北极附近上空，时常出现神奇美丽的极光，将夜 晚装扮得非常梦幻。它们呈带状、弧状、幕状、放射状等，神秘莫测，绚丽多彩。
自古，人们对极光就有许多的猜想，在不懈的探索中逐渐认识到，这是太阳辐射到地球的带电高能粒子与地球磁场、地球大气等的共同杰作。极光不只在地球上出现，太阳系内的其他一些具有磁场的行星上也会出现极光。
那么，极光与地磁场究竟有怎样的关联呢？本章我们学习与磁场有关的知识。
在电工电子技术中，常应用磁场对通电导体产生的作用力来驱使物体运动，如电动机、电磁弹射等。这种作用力的大小与方向遵循什么规律呢？本节我们学习安培力及其应用。
第二节 磁场对电流的作用
物理学中，把磁场对通电导线的作用力称为安培力。安培力的大小和方向可能由哪些因素决定呢？下面我们通过实验进行探究。
一、安培力
第二节 磁场对电流的作用
做中学
观察磁场对通电锡纸条的作用
从烧烤用的锡纸上剪下一段，制作成一根锡纸条，如图 8-13 所示，把它折成天桥形状，并用胶带将两端粘牢在桌面上。将蹄形磁体倒扣在桌面上，横跨天桥放置。
用干电池向锡纸条供电，观察锡纸条形状的变化；改变电流的方向或调换磁体的磁极时，观察锡纸条的形状又有什么变化。设计表格记录电流、磁场和安培力的方向，看看从中能否归纳出安培力方向的规律。
一、安培力
第二节 磁场对电流的作用
做中学
仔细分析实验中电流的方向、磁场的方向和安培力的方向之间的关系后发现，它们遵循左手定则：伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，此时拇指所指的方向即为安培力的方向，如图 8-14 所示。
一、安培力
第二节 磁场对电流的作用
安培力的大小怎样确定呢？研究表明，通电直导线电流方向与磁场方向平行时，则导线所受安培力为零。在磁感应强度为 的匀强磁场中，电流方向与磁场方向垂直时，通电直导线受到的安培力大小 跟电流 和直导线长度 的乘积成正比，比例系数就是磁感应强度 。在此情况下，通电直导线受到的安培力可表示为
一、安培力
第二节 磁场对电流的作用
式中，电流的单位为安培（），导线长度的单位为米 （），磁感应强度的单位为特斯拉（），安培力的单位为牛顿（）。
在非匀强磁场中，上述公式可用于很短的一段通电直导线，因为导线很短时，可近似认为该导线上各点的磁感应强度相等。
无论是在电工电子技术领域还是在生产生活中，安培力都有着广泛的应用。当你使用电风扇、吹风机、洗衣机，或者玩电动小车、用电钻打孔时，安培力都在发挥作用。正是安培力使这些电器里的一个重要部件——电动机的转子转了起来（图 8-15）。
二、安培力的应用
第二节 磁场对电流的作用
电磁弹射也运用了安培力的原理，由于应用前景广阔而备受重视，尤其是在电磁炮研制和航空母舰的舰载机弹射上，具有重要意义。
地球赤道附近的地磁场可看作是沿水平方向指向北的匀强磁场，其磁感应强度 约为 。如果在赤道上沿东西方向铺设一根 长的直导线，当导线中通有由西向东大小为 的电流时，该导线受地磁场的作用力有多大？方向如何？
二、安培力的应用
第二节 磁场对电流的作用
例题
分析
电流方向由西向东，磁场方向由南向北，运用左手定则可判定安培力的方向。由于电流方向跟磁场方向垂直，安培力的大小可直接用 进行计算。
二、安培力的应用
第二节 磁场对电流的作用
解
由题意可知，，，， 电流方向与磁场方向垂直。
根据安培力计算公式
运用左手定则，让磁感线垂直穿过手心（手心朝南），并使四指指向东，则拇指所指方向向上（垂直于地面向上），这就是安培力的方向。
二、安培力的应用
第二节 磁场对电流的作用
讨论
由上述计算的结果可知，地磁场对输电线的作用力很小，通常可忽略不计。根据安培力的计算公式，人们如果运用超导技术获得极强电流和磁场，就可获得电磁炮和舰载机等弹射所需的强大推力。
第二节 磁场对电流的作用
作业与活动
1. 下列图中标出了电流 、磁感应强度 、安培力 这三个物理量中的两个物理量的方向。已知导线垂直于磁场摆放，请标出另一物理量的方向。
第二节 磁场对电流的作用
作业与活动
2* . 如图所示，绕有 匝线圈的矩形线框悬挂 在铁架台上。经测量得到，线框的下边有 的 长度处于磁场区域内，且线框的下边与磁场方向垂直。 查阅该型号的磁体参数可知，该区域内的磁感应强度 大约为 。当由干电池为该线圈提供 的电流 时，试计算该线框所受安培力的大小。
项目任务与实践活动
第二节 磁场对电流的作用
3. 调查了解生活中哪些电器用了电动机，请你自制一个简易电动机，并与同学交流。
项目任务与实践活动
第二节 磁场对电流的作用
4* . 如图所示，把一根软弹簧竖直悬挂起来，使它 的下端刚好与导电液体接触。给弹簧通入电流时，会出现什么现象？请完成该实验并进行解释。

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