吳宗源 湖南省長沙市長郡中學(xué)

淺議磁場對電流的作用

吳宗源 湖南省長沙市長郡中學(xué)

庫侖定律和安培實(shí)驗(yàn)表明：電荷在電場中受到庫侖力；電流在磁場中受到安培力。以下簡要論述磁場對電流的作用。

磁場 電磁力 導(dǎo)體 電流 安培法則

1 安培力

安培力是指，通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導(dǎo)線，在勻強(qiáng)磁場B中受到的安培力大小為：F＝ILBsin(I，B)，其中(I，B)為電流方向與磁場方向間的夾角。安培力是磁場對電流的作用力，是一種性質(zhì)力，其作用點(diǎn)可等效在導(dǎo)體的幾何中心處。

上面的公式就是安培力公式，式中各個(gè)參數(shù)分表代表的含義是：

F：表示導(dǎo)體在磁場中所受的安培力力，單位（N）

B：表示磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位（T）

I：表示導(dǎo)體內(nèi)的電流，單位（A）

L：表示磁場中的導(dǎo)體長度，單位（m）

θ：表示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向的夾角

由上面公式可看到，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向垂直時(shí)（θ=π÷2時(shí)），此時(shí)通電導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力最大，即此時(shí)的安培力達(dá)到最大；如果磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與電流方向平行是（θ=0°或θ=180°），通電導(dǎo)體在磁場中所受的電磁力為零，此時(shí)的安培力也為0。

電動(dòng)機(jī)的通電線圈在磁場中之所以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，就是載流導(dǎo)體受到磁場對電流的作用力——安培力的緣故。

安培力的方向——左手定則。通電導(dǎo)體即電流在磁場中所受的安培力方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。三者之間的關(guān)系可用左手定則確定，如下圖所示。左手定則的確定方法如下：

安培定則，也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關(guān)系的定則。通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向；通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

其中，電流與磁場方向不一定垂直；安培力的方向既垂直于電流方向又垂直于磁場方向，即安培力垂直電流和磁場所確定的平面。

2 磁場對電流的作用力探究

2.1 實(shí)驗(yàn)探究

作為磁場對載流導(dǎo)體（電流）受作用的例子，把兩根載流直導(dǎo)線平行放在一起。實(shí)驗(yàn)表明，如果兩直線所流過的電流方向相同，則相互吸引；反之，如果兩載流導(dǎo)線流過的電流方向相反，則相互排斥。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是：兩根載流直導(dǎo)線之間的相互作用力，實(shí)際上是導(dǎo)線受到電流產(chǎn)生的磁場對電流的力的作用。磁場對電流的作用力，叫做安培力。

2.2 作用力詳解

通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導(dǎo)線。在勻強(qiáng)磁場B中受到的安培力大小為：F=ILBsin(I，B)，其中(I，B)為電流方向與磁場方向間的夾角。安培力的方向由左手定則判定。對于任意形狀的電流受非勻強(qiáng)磁場的作用力，可把電流分解為許多段電流元I△L，每段電流元處的磁場B可看成勻強(qiáng)磁場，受的安培力為△F=I△L.Bsin(I，B)，把這許多安培力加起來就是整個(gè)電流受的力。

應(yīng)該注意，當(dāng)電流方向與磁場方向相同或相反時(shí)，即(I，B)=0或180時(shí)，電流不受磁場力作用。當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大為F=BIL。

安培力的實(shí)質(zhì)是形成電流的定向移動(dòng)的電荷所受洛倫茲力的合力。磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用，這是從實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論。同樣，當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場平行時(shí)不受洛倫茲力作用，也是從實(shí)驗(yàn)觀察中得知的。當(dāng)電流方向與磁場平行時(shí)，電荷的定向移動(dòng)方向也與磁場方向平行，所受洛倫茲力為零，它們的合力安培力也為零。

洛倫茲力不做功是因?yàn)榱Φ姆较蚺c粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，根據(jù)功的公式W=FScosα，α=90度時(shí)W=0。而安培力是與導(dǎo)線中的電流方向垂直，與導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向并不一定垂直，一般遇到的情況大多是在同一直線上的，所以安培力做功不為零。

3 結(jié)語

磁場對電流的作用實(shí)質(zhì)上就是磁生電的安培力，探究安培力是高中物理教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)安培力，學(xué)會(huì)判斷安培力的方向并計(jì)算勻強(qiáng)磁場中安培力的大小。

[1]駱換昌,探究安培力實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì).[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(12)

[2]胡五生,電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換分析.[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2008(12)