第三节 探究安培力1.磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由左手定则判定。2当磁感应强度与导线方向垂直时，安培力最大，为FBIL。当磁感应强度与导线方向平行时，安培力为零。3磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，其定义式为B。4磁通量表示垂直穿过某个面的磁感线的条数BS。一、安培力的方向1安培力定义物理学上把磁场对电流的作用力叫安培力。2方向判定用左手定则判断安培力的方向：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电导线在磁场中的受力方向。如图331所示。图331二、安培力的大小1磁感应强度(1)定义：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。(2)定义式：B。(3)单位：特斯拉，符号T,1 T1 。(4)磁感应强度是矢量，既有大小，又有方向，当空间中同时存在几个不同强弱和方向的磁场时，合磁场的磁感应强度等于各个磁场在同一处产生的磁感应强度的矢量和。(5)与磁感线的关系：磁感线上每一点的切线方向都与该点磁感应强度的方向一致。磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。2匀强磁场(1)定义：在磁场的某一区域，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场。(2)产生：距离很近的两个异名磁极之间；通电螺线管内中间部分。3安培力的大小(1)当通电直导线与匀强磁场方向垂直时，安培力最大为FBIL。(2)当通电直导线与匀强磁场方向平行时，安培力等于零。(3)当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于BIL和零之间。三、磁通量1概念(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强度B与一个垂直于磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量。(2)公式：BS。(3)单位：韦伯，简称韦，符号Wb,1 Wb1 Tm2。(4)适用条件：匀强磁场；磁感线与平面垂直。2意义磁通量的大小表示穿过这一面积的磁感线条数的多少。3磁通密度(1)公式：B，则1 T1 Wb/m2。(2)意义：磁感应强度B在数值上等于穿过垂直磁感应强度的单位面积上的磁通量，即为穿过单位面积的磁感线条数。1自主思考判一判(1)通电导线在磁场中一定受安培力。()(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定为零。()(3)应用左手定则时，让磁感线穿过手心，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向。()(4)安培力的方向与I平行。()(5)与电场强度相似，磁场强度是表示磁场的强弱和方向的物理量。()2合作探究议一议(1)安培力的方向与磁场方向、电流方向有什么关系？提示：由左手定则知，安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。(2)安培力方向垂直于导线而且垂直于磁场方向，那么电流也一定与磁场垂直吗？提示：根据左手定则，通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线、垂直于磁场方向，但由于导线可以沿任何方向放入磁场中，所以电流不一定与磁场方向垂直。(3)通电导线如果在磁场中不受安培力作用，能否说明该处磁场为零？磁场越强，放入磁场中的通电导线所受安培力一定越大吗？提示：不能。因为当磁场方向与电流方向平行时，安培力为0，但磁场不为0。不一定。磁场方向与电流方向平行时，安培力为0。对磁感应强度的理解1磁感应强度的决定因素磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小也无关。即使不放入载流导线，磁感应强度也照样存在，故不能说B与F成正比或B与IL成反比。2对定义式B的理解(1)B是磁感应强度的定义式，其成立的条件是通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为在磁场中某点通电导线受力的大小除和磁场强弱、电流I和导线长度L有关以外，还和导线的放置方向有关。(2)导线在磁场中的放置方向不同，所受磁场力也不相同。当通电导线与磁场方向平行时，通电导线受力为零，所以我们不能根据通电导线受力为零来判定磁感应强度B的大小为零。 (3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。3磁感应强度B的方向磁感应强度B是一个矢量，它的方向可以有以下几种表述方式：(1)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。(2)小磁针静止时N极所指的方向。(3)小磁针N极受力的方向。4磁感应强度与电场强度的比较电场强度E磁感应强度B定义的依据电场对电荷q有作用力F对电场中任一点，Fq恒量(由电场决定) 对不同点，一般来说恒量的值不同比值可表示电场的强弱磁场对直线电流I有作用力F对磁场中任一点，F与磁场方向、电流方向有关，只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况时，FIL，恒量(由磁场决定) 对不同点，一般来说恒量的值不同比值可表示磁场的强弱定义式EB物理意义描述电场的强弱和方向描述磁场的强弱和方向方向该点正电荷的受力方向小磁针N极的受力方向场的叠加遵循矢量的平行四边形定则遵循矢量的平行四边形定则单位1 N/C1 V/m1 T1 N/(Am)典例(多选)把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，图中能正确反映各量间关系的是()解析磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定，不随F或IL的变化而变化，故B正确，D错误；当导线垂直于磁场放置时，有B，即FILB。所以B不变的情况下F与IL成正比，故A错误，C正确。答案BC正确理解比值定义法1定义B是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关。2定义a、E也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的。 1下列说法中正确的是()A磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I乘积的比值，即BB通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C磁感应强度B只是定义式，它的大小取决于场源以及在磁场中的位置，而与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向解析：选C根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线”，只有在这个方向上导线所受的磁场力才最大，故A选项是错误的。若通电导线放置方向与电流平行时，也不受磁场力作用，所以B选项也是错误的。在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(包括大小和方向)都是确定的，与放入该点的检验电流、导线无关，故选项C正确。磁场力方向与磁感应强度方向垂直，选项D错误。2匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直于磁场方向放置，当通过导线的电流为2 A时，它受到的磁场力大小为4103 N，问：该处的磁感应强度B是多大？若磁场、电流不变，导线长度减小到1 cm，该处的磁感应强度又是多大？解析：由磁感应强度的表达式B得到B0.1 T，磁感应强度由磁场本身来决定，与导线长度无关，故导线长度减小到1 cm时，磁感应强度仍为0.1 T。答案：0.1 T0.1 T磁场的叠加典例(多选)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图332所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是()图332AB1B2B3BB1B2B3Ca和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里Da处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里思路点拨(1)由安培定则判断每根通电直导线的磁场分布。(2)a、b、c三点的磁感应强度均为三根通电直导线单独形成磁场的叠加。解析a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁感应强度的叠加。根据安培定则可判断出左右两根导线在a处产生的磁场方向相反，因为距离相等，所以磁感应强度大小相等，所以左右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢量和为零，a处的磁感应强度等于下面那根导线在该处产生的磁感应强度，所以a处的磁感应强度方向垂直于纸面向外，同理可知b处的磁感应强度等于右面的导线在该处产生的磁感应强度，所以b处的磁感应强度方向也垂直纸面向外，三根导线在c处产生的磁场方向均垂直于纸面向里，所以合磁感应强度方向垂直于纸面向里，且B1B2B3，故选项A、C正确，B、D错误。答案AC(1)熟练掌握各类磁场的特征及磁感线的分布规律。(2)磁感应强度为矢量，空间某点的磁感应强度为各场源在此点产生的磁感应强度的矢量和。 1.如图333所示，两根垂直纸面的导线a、b中通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b的距离相等。要使P点的磁场方向水平向右，则a、b中电流方向为()图333A都向外B都向里Ca中电流向外，b中电流向里Da中电流向里，b中电流向外解析：选C要使P点的磁场方向水平向右，则a、b两根通电导线分别在P点产生的磁场强弱和方向如图所示，根据安培定则可知，a中电流向外，b中电流向里，选项C正确。2在磁感应强度为B0、竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直纸面向里，如图334所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()图334Ac、d两点的磁感应强度大小相等Ba、b两点的磁感应强度大小相等Cc点的磁感应强度的值最小Db点的磁感应强度的值最大解析：选C在c点电流产生的磁场方向与B0反向，故合磁感应强度最小。在a点两者同向，合磁感应强度最大，在b、d两点，两者互相垂直，故合磁感应强度大小相等。因此只有C项正确。3.如图335所示，三根长直通电导线中电流大小相同，通电电流方向为：b导线和d导线中电流向纸里，c导线中电流向纸外，a点为b、d两点的连线中点，ac垂直于bd，且abadac。则a点的磁场方向为()图335A垂直纸面指向纸外B垂直纸面指向纸里C沿纸面由a指向b D沿纸面由a指向d解析：选C通电导线b、d在a点产生的磁场互相抵消，故a点磁场方向即通电导线c在a点产生的磁场方向，根据安培定则，C正确。安培力的大小和方向1安培力方向的特点不论磁场方向和电流方向是否垂直，安培力的方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，即安培力总垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面。2安培定则(右手螺旋定则)与左手定则比较安培定则(右手螺旋定则)左手定则作用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁场中应用方法拇指指向电流的方向四指弯曲的方向表示电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向结果四指弯曲的方向表示磁感线的方向拇指指向轴线上磁感线的方向拇指指向电流