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第一章
安培力与洛伦兹力
1. 1磁场对通电导线的作用力
在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B。
安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampère force），把电流的单位定为安培。
在前面的学习中，我们知道通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示的装置探究。
一、安培力的方向
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
动画模拟
现象记录
F
实验探究
动画模拟
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
现象记录
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
实验探究
动画模拟
现象记录
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向下
垂直于纸面向里
水平
向左
F
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
N
①改变磁场方向
②改变电流方向
I
B
F
I
B
F
I
B
F
你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系？
I
B
F
安培力的方向与导线、磁感应强度方向都垂直。也就是说，安培力的方向总是垂直于导线和磁感应强度方向所在的平面。
如何判断安培力的方向呢
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
利用左手定则判断安培力方向
①伸出左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面
②使磁感线垂直穿过手掌，四指指向电流方向
③大拇指所指的方向就是直线电流所受安培力的方向
N
F
I
B
F
I
B
α
α
B
B
I
F
α
B
I
【例题1】判定以下通电导线所受安培力的方向
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
通电直导线中的电流
环形电流或通电螺线管
判断电流在磁场中的受力方向
电流在磁场中
左手定则
作用
具体情况
具体操作
结果
内
容
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
大拇指指向电流的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
判断电流的磁场方向
安培定则
左手定则和安培定则
①在适用对象上：
左手定则和安培定则
②在电流与磁场的关系上：
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分，同时存在、同时消失，“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场；
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在，“磁场”是外加的磁场，不是通电导线产生的磁场。
左手定则和安培定则
③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。
左手定则和安培定则
④判断电流方向选取定则的原则：
当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；
当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向。
【例题2】分析同向、反向电流之间的相互作用情况。
实验现象
动画模拟
理论分析
F
a
b
判定电流b的受力方向：
①电流b处于电流a的磁场中；
②根据安培定则，作出电流a周围的磁场分布示意图；
③根据左手定则，确定电流b的受力方向。
F=ILB
垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，所受的安培力F为：
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：
F＝0
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：
F=ILB
思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？
二、安培力的大小
I
B
B//
B⊥
θ
F=ILB⊥=ILBsinθ
其中平行方向的B//不产生安培力，导线所受的安培力只是垂直方向的B⊥产生，由此又得：
θ=0时
平行：F＝0
θ=90时
垂直：F＝BIL
把磁感应强度B分解为两个分量：
①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ
②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
I
B
F
F依然垂直于BI组成的平面
【例题3】质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受力分析，如图所示，
对导体棒 MN 由平衡条件得：水平方向：Ff ＝ Fsin θ
竖直方向：FN ＝Fcos θ＋mg
安培力 F ＝ BIL，
所以 M所受的支持力 FN ＝ BILcos θ＋mg
所受摩擦力 Ff ＝ BILsin θ
答案：BILcos θ＋mg　BILsin θ
F
F
公式F=ILB的理解
从起点到终点的长度
有效长度L：
弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度；相应的电流沿L由始端流向末端。
闭合L=0
1、磁电式电流表的构造：
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
极靴
线圈
刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
我们实验中常用的磁电式电流表
三、磁电式电流表
最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。
最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。
这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
1、磁电式电流表的构造：
2、磁电式电流表的工作原理：
均匀的辐向分布的磁场，使线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，表盘的刻度就是均匀的了”。
当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。
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。
安培力的方向
判定方法：左手定则
特点：垂直于B和I确定的平面
安培力的大小
（为和 的夹角）
安培力的应用
——磁电式电流表
极靴
线圈
1、磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感线和安培力三个量中的两个，试画出第三个量的方向。（本书用“.”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向里， 表示电流垂直于纸面向外， 表示电流垂直于纸面向里。）
.
B
Ⅰ
I
B
F
F
B
I
F
I
F
I
F
2、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是( )
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
AD
B
a
c
b
I
3、如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。

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