磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用

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1、第二章三、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用安培力既然通電導(dǎo)線能產(chǎn)生磁場(chǎng)，它本身也相當(dāng)于一個(gè)磁體，那么通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中是否也受到力的作用呢？我們通過實(shí)驗(yàn)來研究。演示觀察安培力如圖2.3-1所示，把一段直導(dǎo)線放到磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，可以看到原來靜止的導(dǎo)線會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。圖2.3-1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力（Ampereforce）。由于法國(guó)科學(xué)家安培最早研究了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用，后人為紀(jì)念他而命名了這種力。把一段通電直導(dǎo)線放在磁場(chǎng)里，當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它所受的安培力最大；當(dāng)導(dǎo)

2、線方向與磁場(chǎng)方向一致時(shí)，導(dǎo)線不受安培力；當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，所受安培力介于最大值和0之間。我們只研究導(dǎo)線所受安培力最大的情形。演示影響安培力大小的因素如圖2.3-2，三塊相同的蹄形磁鐵并列放置，可以認(rèn)為磁極間的磁場(chǎng)是均勻的。將一根直導(dǎo)線懸掛在磁鐵的兩極間，有電流通過時(shí)懸線將擺動(dòng)一個(gè)角度，通過這個(gè)角度可以比較安培力的大小。8/8圖2.3-2研究影響安培力大小的因素分別接通“2、3”和“1、4”可以改變導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度，電流的強(qiáng)弱由外部電路控制。先保持導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度不變，改變電流的大??；然后保持電流不

3、變，改變導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度。觀察這兩個(gè)因素對(duì)安培力的影響。通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析我們認(rèn)識(shí)到，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力的大小，既跟導(dǎo)線的長(zhǎng)度L成正比，又跟導(dǎo)線中的電流I成正比，用公式表示就是F＝BIL式中B是比例系數(shù)。磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)于不同的磁場(chǎng)，上面的比例關(guān)系都成立，但在強(qiáng)弱不同的磁場(chǎng)中，比例系數(shù)B是不一樣的。B反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度（magneticinduction），即B＝磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位由F、I和L的單位決定。在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（tesla），簡(jiǎn)稱特，符號(hào)是T：1T＝

4、1電場(chǎng)強(qiáng)度E用來描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感應(yīng)強(qiáng)度B在磁場(chǎng)中的作用與此類似，只是由于歷史的原因，它不叫“磁場(chǎng)強(qiáng)度”。地面附近地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度只有0.3×10-4～0.7×10-4T，是很弱的磁場(chǎng)。永磁鐵磁極附遠(yuǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為10-3～1T。在電機(jī)和變壓器的鐵芯中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.8～1.4T。人體心臟工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)約為10-10T，而人腦神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)更微弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，它不僅有大小，還有方向。小磁針的N極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受力的方向，就是這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。過去所說的“磁場(chǎng)的方向”實(shí)際上就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的

5、方向。8/8安培力的方向在前面的實(shí)驗(yàn)中，如果調(diào)換磁鐵兩極的位置而使磁場(chǎng)的方向改變，導(dǎo)線受力的方向就相反；磁場(chǎng)的方向不變而電流方向改變時(shí)，導(dǎo)線的受力方向也相反?？梢姲才嗔Φ姆较蚋艌?chǎng)方向和電流方向有關(guān)。分析大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果后可以發(fā)現(xiàn)，安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，又跟電流方向垂直；三個(gè)方向之間的關(guān)系可以用左手定則（left-handrule，圖2.3-3）來判定：伸開左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向電流的方向，那么，拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方

6、向。圖2.3-3左手定則思考與討論線圈在磁場(chǎng)中如何運(yùn)動(dòng)如果放在磁場(chǎng)中的不是一段通電的導(dǎo)線，而是一個(gè)通電的矩形線圈abcd（圖2.3-4），會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？8/8圖2.3-4通電矩形線圈在磁場(chǎng)中如何運(yùn)動(dòng)？電動(dòng)機(jī)在磁場(chǎng)中，通電線圈受到安培力的作用，發(fā)生扭轉(zhuǎn)（圖2.3-5）。如果給線圈通以方向合適的電流，就可以使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)起來。我們使用的電動(dòng)機(jī)就是利用安培力來工作的?，F(xiàn)在，電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用在工廠、辦公室、家庭里。圖2.3-5通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力會(huì)扭轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。各種電動(dòng)機(jī)都有定子和轉(zhuǎn)子。定子是電

7、動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，可以是線圈，也可以是磁體；轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分（圖2.3-6）；線圈鑲嵌在硅鋼片的槽中。直流電動(dòng)機(jī)中還有電刷和整流子，可以將電流持續(xù)地提供給線圈，并適時(shí)地改變流人線圈的電流方向，它們能使轉(zhuǎn)子按一個(gè)方向持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)廣泛地使用在電動(dòng)剃須刀、錄音機(jī)、錄像機(jī)、8/8計(jì)算機(jī)、電動(dòng)玩具、電力機(jī)車、電子鐘表上，大功率的直流電動(dòng)機(jī)使用在電車、高速電梯上。圖2.3-6一種電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子圖2.3-7時(shí)鐘上的直流電動(dòng)機(jī)8/8圖2.3-8計(jì)算機(jī)軟盤驅(qū)動(dòng)器中的電動(dòng)機(jī)。直流無刷電動(dòng)機(jī)使軟盤轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)

8、電動(dòng)機(jī)用于變換磁道。大家談電動(dòng)機(jī)給家庭生活帶來了什么變化你家里哪些電器上有電動(dòng)機(jī)？如果沒有電動(dòng)機(jī)，你家里的哪些工作要變電動(dòng)為手動(dòng)？如果沒有電動(dòng)機(jī)，你家里的哪些工作根本就不能做了？科學(xué)足跡電學(xué)中的牛頓安培最有影響的科學(xué)工作是在電磁學(xué)領(lǐng)域他在得知奧斯特的實(shí)驗(yàn)后，第二天就開始實(shí)驗(yàn)，并有了新的發(fā)現(xiàn)。安培把導(dǎo)線繞成圓筒狀，制成螺線管。盡管螺線管不是用鐵絲而是用銅線繞成的，但是，接通電源以后卻能夠