第十章 B 磁场对电流的作用 左手定则

如果你去过上海科技馆，一定见到过一个叫做“电磁炮”的展品。炮身是一匝匝线圈，“炮弹”是一个金属球。按下按钮，“炮弹”在磁场的作用下，加速从炮筒中射出，击中远方的目标，在屏幕上就会显示你的得分。

在技术领域中，人们确实发明了一种电磁炮。这种电磁炮的结构如图10-15所示，它由电源、导轨、炮弹和电磁铁组成。发射时给炮弹通以极大的电流，炮弹在电磁铁的磁场作用下产生很大的加速度，最终使炮弹以极大速度沿导轨飞出。试验表明其射程可达数百千米。有人提出设想，可以用它来发射人造地球卫星。

本节学习的内容就是研究磁场对电流的作用及其应用。

磁场对电流有什么作用？

在学习电流时，我们知道了电场的基本特性是对处于电场中的电荷有力的作用。相类似的，磁场的基本特性是对处于磁场中的电流有力的作用。让我们先来看一个实验。

如图10-16所示，在蹄形磁铁的两极之间放置一个平行导轨，导轨两端接在电源上，在两导轨之间放置一段电阻较小的导体短棒。合上开关，使短棒通电，我们会看到短棒立即沿导轨加速运动起来。这表明磁场对通电导体有力的作用，这个力叫做磁场力。

1．磁场力

磁场对电流有作用力即磁场力。

如何判定磁场力的方向？

那么，磁场力的方向怎样判定呢？

图10-17为一个研究磁场力方向的装置。P是一根金属杆，通过导线悬挂在钩子A、B上。再通过接线柱与电源E、开关S、保护电阻R构成串联回路。D是磁性较强的蹄形磁铁。

现在按下列实验步骤进行研究：

①合上或断开开关S，观察金属杆P的运动情况。

②把蹄形磁铁D的N、S极对换一下位置，再合上或断开开关S，观察金属杆P的运动情况。

③交换电源的正、负极，即改变电流方向，观察金属杆P的运动情况。

从观察到的现象来看，步骤①②相比较，金属杆P的运动方向相反；步骤①③相比较，金属杆P的运动方向也相反。可见磁场力的方向跟磁场方向和电流方向都有关。

实验和理论表明，磁场对电流作用力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直。或者说，磁场力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。

磁场方向、电流方向和导体受力方向这三者之间的关系可以用左手定则来判定。如图10-18所示，伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面里；把左手放入磁场中，让磁感线穿过手心、，使四指指向电流方向，这时大拇指所指的就是磁场力的方向。

2．磁场力的方向

（1）磁场力的方向与磁场方向和电流方向有关。

（2）磁场力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。

（3）左手定则（left-hand rule）：

伸开左手，使大拇指与其他四个手指垂直，并都与手掌在一个平面内，让磁感线垂直传入掌心，并使四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受磁场力的方向。

自主活动

1．判断一下，左手定则与前面实验的记录是否完全符合？

2．指出图10-19中电流，所受磁场力的方向。

【示例】如图10-20所示，有两根通电平行直导线C、D，它们之间存在相互作用力吗？

如果存在，作用力的方向如何？

解答：电流的周围存在着磁场，导线D处在导线C产生的磁场中；同样，导线C处在导线D产生的磁场中。因此，两根导线都要受到磁场力的作用。

在图10-21（a）中，从向下俯视的角度画出了导线D产生的磁感线分布。可以看出C处磁场方向向下，根据左手定则可以判定，导线C受到的磁场力的方向向右。图10-21（b）画出了导线C产生的磁感线分布。同理，可判定导线D受到的磁场力方向向左。

我们也可以用图10-22所示的方法：在导线所在的平面里，直接画出导线C在D处磁感线的方向“×”，然后用左手定则判定导线D受到的磁场力方向是向左的。同理，可以判断出导线C受到的磁场力方向是向右的。

由此可知，通以同方向电流的平行直导线会相互靠近。这是一种电流通过磁场实现的相互作用。因此在分析该示例时，只要先分析出一个力F，另一个力Fʹ就是它的反作用力，其方向也就确定了。

大家谈

假若在两根平行导线中通以反向电流，那么两者之间的相互作用又是怎样的？

拓展联想

SI制中基本单位“安培”的定义

国际单位制的七个基本单位中，“安培”的定义是：截面可忽略的两根相距1 m的无限长平行直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10^-7N，则每根导线中的电流为1 A（1948年第9届国际计量大会批准）。

发布时间：2016/10/17 下午2:59:12  阅读次数：1699