分子电流假说

分子电流假说

卫生间防水堵漏-声调的标法口诀儿歌

基本概念安培力

教学目标：

1．掌握电流的磁场、安培定则；了解磁性材料，分子电流假说

2．掌握磁感应强度，磁感线，知道地磁场的特点

3．掌握磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则

4．了解磁电式电表的工作原理

5．能够分析计算通电直导线在复合场中的平衡和运动问题。

教学重点：磁场对通电直导线的作用，安培力

教学难点：通电直导线在复合场中的平衡和运动问题

教学方法：讲练结合，计算机辅助教学

教学过程：

一、基本概念

1.磁场的产生

⑴磁极周围有磁场。

⑵电流周围有磁场（奥斯特）。

安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电

荷的运动产生的。（但这并不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发现变

化的电场也能产生磁场。）

⑶变化的电场在周围空间产生磁场。

2.磁场的基本性质

磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可

能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。这一点应该跟电场的基本性质相

比较。

3.磁场力的方向的判定

磁极和电流之间的相互作用力（包括磁极与磁极、电流与电流、磁极与电流），都是运

动电荷之间通过磁场发生的相互作用。因此在分析磁极和电流间的各种相互作用力的方向时，

不要再沿用初中学过的“同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引”的结论（该结论只有在一个

磁体在另一个磁体外部时才正确），而应该用更加普遍适用的：“同向电流互相吸引，反向电

流互相排斥”，或用左手定则判定。

4.磁感线

⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就

是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强

弱。

⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。

⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线：

⑷安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指

中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。

5.磁感应强度

IL

F

B（条件是匀强磁场中，或ΔL很小，并且L⊥B）。

磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/（Am）=1kg/（As2）

6.磁通量

如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定

义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。Φ是标量，但是有方向（进该面或出该

面）。单位为韦伯，符号为Wb。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）。

地球磁场通电直导线周围磁场通电环行导线周围磁场

可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量。

在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B=Φ/S，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀

强磁场中，当B与S的夹角为α时，有Φ=BSsinα。

二、安培力（磁场对电流的作用力）

1.安培力方向的判定

（1）用左手定则。

（2）用“同性相斥，异性相吸”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。

（3）用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。可以把条形磁铁

等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。

【例1】磁场对电流的作用力大小为F＝BIL（注意：L为有效长度，电流与磁场方向

应）．F的方向可用定则来判定．

试判断下列通电导线的受力方向．

××××．．．．

××××．．．．

××××．．．．

××××．．．．

试分别判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向．

【例2】如图所示，可以自由移动的竖直导线中通有向下的电

流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？

解：先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培力

的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动

（不要说成先转90°后平移）。分析的关键是画出相关的磁感线。

【例3】条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方

有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将

会＿＿＿（增大、减小还是不变？）。水平面对磁铁的摩擦

N

F/

I

×

B

B

B

F

×F

×B

力大小为＿＿＿。

解：本题有多种分析方法。⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如

图中粗虚线所示），可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但

不受摩擦力。⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示），可

看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。⑶把条形磁铁等效

为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，

所以互相吸引。

【例4】如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时

针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？

解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：条形磁铁的等效螺线管的电流

在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线圈向右

偏转。（本题如果用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”将出现判断错误，因为那只适用于线圈

位于磁铁外部的情况。）

【例5】电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。

该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？

解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线

圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互

相吸引，反向电流互相排斥”，可判定电子流向左偏转。（本题用其它方法判断也行，但不如

这个方法简洁）。

2.安培力大小的计算

F=BLIsinα（α为B、L间的夹角）高中只要求会计算α=0（不受安培力）和α=90°两种情

况。

【例6】如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。匀强

磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L，质量为m，水平放在导轨上。

当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止。求：⑴B至少多大？这时

B的方向如何？⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，

应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？

解：画出金属杆的截面图。由三角形定则得，只有当安培力方向沿

导轨平面向上时安培力才最小，B也最小。根据左手定则，这时B应垂

直于导轨平面向上，大小满足：BI1L=mgsinα，B=mgsinα/I1L。

当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿

导轨方向合力为零，得BI2Lcosα=mgsinα，I2=I1/cosα。（在解这类题时必须画出截面图，只

有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系）。

【例7】如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和

i

α

h

s

α

α

框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒

被平抛出去，下落h后的水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。

解：闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力向右的冲量FΔt=mv0而被平抛出去，其中

F=BIL，而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IΔt，由平抛规律可算铜棒离开导线框时的

初速度

h

g

s

t

s

v

20



，最终可得

h

g

BL

ms

Q

2



。

【例8】如图所示，半径为R、单位长度电阻为的均匀导体环固定

在水平面上，圆环中心为O，匀强磁场垂直于水平面方向向下，磁感应强

度为B。平行于直径MON的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的

电阻可以忽略不计，杆于圆环接触良好。某时刻，杆的位置如图，∠aOb=2

θ，速度为v，求此时刻作用在杆上的安培力的大小。

解：ab段切割磁感线产生的感应电动势为E=vB2Rsinθ，以a、b为端点的两个弧上的

电阻分别为2R（π-θ）和2Rθ，回路的总电阻为









R

r

2

，总电流为I=E/r，安

培力F=IB2Rsinθ，由以上各式解得：







22sin2RvB

F。

【例9】如图所示，两根平行金属导轨间的距离为0.4m，导轨平面与水平面的夹角为

37°，磁感应强度为0.5T的匀强磁场垂直于导轨平面斜向上，两根电阻均为1Ω、重均为0.1

N的金属杆ab、cd水平地放在导轨上，杆与导轨间的动摩擦因数为0.3，导轨的电阻可以

忽略.为使ab杆能静止在导轨上，必须使cd杆以多大的速率沿斜面向上运动?

解：设必须使cd杆以v沿斜面向上运动，则有cd杆切割磁场线，将产生感应电动势

E=Blv

在两杆和轨道的闭合回路中产生电流I=

R

E

2

ab杆受到沿斜面向上的安培力F安＝Bil

ab杆静止时，受力分析如图

θ

根据平衡条件，应有Gsinθ一μGcosθ≤F安≤Gsinθ+μGcosθ

联立以上各式，将数值代人，可解得1.8m/s≤v≤4.2m/s

【例10】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高

为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有

电极C（正极）和D（负极）并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密

度为ρ；将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b

中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差。若当开关S闭合后，a、

b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小。

解析：开关S闭合后，导电液体中有电流由C流到D，

根据左手定则可知导电液体要受到向右的安培力F作

用，

在液体中产生附加压强P，这样a、b管中液面将出现

高

度差。在液体中产生附加压强P为

gh

d

BI

Ld

BLI

S

F

P.

所以磁感应强度B的大小为：

I

ghd

B

.



【例10】安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈

共有N匝，它的下部悬在均匀磁场B内，下边一段长为L，它与B垂直。

当线圈的导线中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流

反向，这时需要在一臂上加质量为m的砝码，才能使两臂再达到平衡。

求磁感应强度B的大小。

解析：根据天平的原理很容易得出安培力F=mg

2

1

，

所以F=NBLI=mg

2

1

因此磁感应强度B=

NLI

mg

2

。

A

a

b

A

C

D

S

三、与地磁场有关的电磁现象综合问题

1.地磁场中安培力的讨论

【例11】已知北京地区地磁场的水平分量为3.0×10－5T.若北京市一高层建筑安装了高

100m的金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，某一时刻的放电电流为105A，此时金属杆

所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？

分析：首先要搞清放电电流的方向.因为地球带有负电荷，雷雨放电时，是地球所带电

荷通过金属杆向上运动，即电流方向向下.

对于这类问题，都可采用如下方法确定空间的方向：面向北方而立，则空间水平磁场均

为“×”；自己右手边为东方，左手边为西方，背后为南方，如图2所示.由左手定则判定电流

所受磁场力向右（即指向东方），大小为

F＝BIl＝3.0×10－5×105×100＝300（N）.

因为磁力与通电导线的长度成正比，可认为合力的作用点为

金属杆的中点，所以磁力矩

M＝

2

1

Fl＝

2

1

×300×100

＝1.5×104（N·m）.

用同一方法可判断如下问题：一条长2m的导线水平放在赤道上空，通以自西向东的电

流，它所受地磁场的磁场力方向如何？

2.地磁场中的电磁感应现象

【例12】绳系卫星是系留在航天器上绕地球飞行的一种新型卫星，可以用来对地球的

大气层进行直接探测；系绳是由导体材料做成的，又可以进行地球空间磁场电离层的探测；

系绳在运动中又可为卫星和牵引它的航天器提供电力.

1992年和1996年，在美国“亚特兰大”号航天飞机在飞行中做了一项悬绳发电实验：航

天飞机在赤道上空飞行，速度为7.5km/s，方向自西向东.地磁场在该处的磁感应强度B＝0.5

×10－4T.从航天飞机上发射了一颗卫星，卫星携带一根长l＝20km的金属悬绳与航天飞机相

连.从航天飞机到卫生间的悬绳指向地心.那么，这根悬绳能产生多大的感应电动势呢？

分析：采用前面所设想的确定空间方位的方法，用右手定则不难发现，竖起右手，大拇

指向右边（即东方），四指向上（即地面的上方），所以航天飞机的电势比卫星高，大小为

E＝BLv＝0.5×10－5×2×104×7.5×103＝7.5×103（V）.

用同样的方法可以判断，沿长江顺流而下的轮般桅杆所产生的电势差及在北半球高空水

平向各方向飞行的飞机机翼两端的电势差（注意：此时机翼切割地磁场的有效分量是竖直分

量）.

3.如何测地磁场磁感应强度的大小和方向

地磁场的磁感线在北半球朝向偏北并倾斜指向地面，在南半球朝向偏北并倾斜指向天空，

且磁倾角的大小随纬度的变化而变化.若测出地磁场磁感应强度的水平分量和竖直分量，即

可测出磁感应强度的大小和方向.

【例13】测量地磁场磁感应强度的方法很多，现介绍一种有趣的方法.

如图所示为北半球一条自西向东的河流，河两岸沿南北方向的A、B两点相距为d.若测

出河水流速为v，A、B两点的电势差为U，即能测出此地的磁感

应强度的垂直分量B⊥.

因为河水中总有一定量的正、负离子，在地磁场洛仑兹力的

作用下，正离子向A点偏转，正、负离子向B点偏转，当A、B

间电势差达到一定值时，负离子所受电场力与洛仑兹力平衡，离

子不同偏转，即

q

d

U

＝B⊥qv，故B⊥＝

dv

U

.

如图所示，在测过B⊥的地方将电阻为R、面积为S的矩形线圈的AD边东西方向放置，

线圈从水平转到竖直的过程中，测出通过线圈某一截面的电量Q，穿过

线圈的磁通量先是B⊥从正面穿过，继而变为B//从反面穿过，那么电量

Q＝

R

SBB

RR

t

tI

)(

//















∴B//＝



B

S

QR

∴B＝

2

//

2BB



，磁倾角θ＝argtg

//

B

B



四、针对训练：

1.下列说法中正确的是

A.磁感线可以表示磁场的方向和强弱

B.磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极

C.磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场

D.放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通

电螺线管的S极

2.关于磁感应强度，下列说法中错误的是

A.由B=

IL

F

可知，B与F成正比，与IL成反比

B.由B=

IL

F

可知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场

C.通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强

D.磁感应强度的方向就是该处电流受力方向

3.一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，则电子流产生的磁场在z轴上的点P

处的方向是

A.沿y轴正方向

B.沿y轴负方向

C.沿z轴正方向

D.沿z轴负方向

4.在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针N极向东偏转，由此

可知

A.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针

B.一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C.可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过

D.可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过

5.两根长直通电导线互相平行，电流方向相同.它们的截面处于一个等边三角形ABC的A

和B处.如图所示，两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁

感应强度是

A.2BB.B

C.0D.3

B

6.磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子

电流假说，其原因是

A.分子电流消失

B.分子电流的取向变得大致相同

C.分子电流的取向变得杂乱

D.分子电流的强度减弱

7.根据安培假说的思想，认为磁场是由于电荷运动产生的，这种思想对于地磁场也适用，

而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷，那么由此判断，地球应该（）

A.带负电B.带正电C.不带电D.无法确定

8.关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场作用力的方向，正确的说法是

A.跟电流方向垂直，跟磁场方向平行

B.跟磁场方向垂直，跟电流方向平行

C.既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直

D.既不跟磁场方向垂直，又不跟电流方向垂直

9.如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ=30°角，导线中通过的电

流为I，为了增大导线所受的磁场力，可采取下列四种办法，其中不正确的是

A.增大电流I

B.增加直导线的长度

C.使导线在纸面内顺时针转30°

D.使导线在纸面内逆时针转60°

10.如图所示，线圈abcd边长分别为L1、L2，通过的电流为I，当线圈绕OO′轴转过θ角

时

A.通过线圈的磁通量是BL1L2cosθ

边受安培力大小为BIL1cosθ

边受的安培力大小为BIL2cosθ

D.线圈受的磁力矩为BIL1L2cosθ

11.如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处

于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以

A.将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极

B.将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极

C.将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极

D.将a、c端接在交流电源的一端，b、d接在交流电源的另

一端

12.（2000年上海高考试题）如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、

方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，

a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为

A.F2B.F1－F2

C.F1＋F2D.2F1－F2

13.如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线

与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则

A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用

B.磁铁对桌面的压力减小，受到桌面的摩擦力作用

C.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用

D.磁铁对桌面的压力增大，受到桌面的摩擦力作用

14.长为L，重为G的均匀金属棒一端用细线悬挂，一端搁在桌面上与桌面夹角为α，现

垂直细线和棒所在平面加一个磁感应强度为B的匀强磁场，当棒通入如图所示方向的电流

时，细线中正好无拉力.则电流的大小为_______A.

15.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚国立大学制成

了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹速度大小

约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通过的电流为10A，则轨道间所加匀强磁场的

磁感应强度为_______T，磁场力的最大功率P=_______W（轨道摩擦不计）.

16.如图所示，在两根劲度系数都为k的相同的轻质弹簧下悬挂有一根导体棒ab，导体

棒置于水平方向的匀强磁场中，且与磁场垂直.磁场方向垂直纸面向里，当导体棒中通以自

左向右的恒定电流时，两弹簧各伸长了Δl1；若只将电流反向而保持其他条件不变，则两弹

簧各伸长了Δl2，求：（1）导体棒通电后受到的磁场力的大小?（2）若导体棒中无电流，则

每根弹簧的伸长量为多少?

17.如图所示，在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置

一根长为L，质量为m的通电直导体棒，棒内电流大小为I，

方向垂直纸面向外.以水平向右为x轴正方向，竖直向上为y

轴正方向建立直角坐标系.

（1）若加一方向垂直斜面向上的匀强磁场，使导体棒在

斜面上保持静止，求磁场的磁感应强度多大？

（2）若加一方向垂直水平面向上的匀强磁场使导体棒在

斜面上静止，该磁场的磁感应强度多大.

18.在原子反应堆中抽动液态金属时，由于不允许转动机械部分和液态金属接触，常使

用一种电磁泵.如图1—34—13所示是这种电磁泵的结构示意图，图中A是导管的一段，垂

直于匀强磁场放置，导管内充满液态金属.当电流I垂直于导管和磁场方向穿过液态金属时，

液态金属即被驱动，并保持匀速运动.若导管内截面宽为a，高为

b，磁场区域中的液体通过的电流为I，磁感应强度为B.求：

（1）电流I的方向；

（2）驱动力对液体造成的压强差.

参考答案

3.A4.C5.D6.C7.A8.C9.C10.D

可先由安培定则判定磁场方向，再由左手定则判定通电导线的受力方向.

12.A

13.A变换研究对象，根据磁感线分布及左手定则，先分析通电长直导线受力情况，再

由牛顿第三定律分析磁铁和桌面之间的作用

α/BL

15.55，1.1×107

16.（1）k（Δl2-Δl1）（2）

2

1

（Δl1+Δl2）

17.（1）

IL

mg

2

（2）

IL

mg

3

3

18.（1）电流方向由下而上（2）把液体看成由许多横切液片组成，因通电而受到安

培力作用，液体匀速流动时驱动力跟液体两端的压力差相等，即F=Δp·S，Δ

p=F/S=IbB/ab=IB/a.

教学后记

磁场基本概念学生掌握不错，上课效果好，几种典型的磁场线的分布学生也很熟悉，不过磁

场的应用，常见模型如磁流体发电学生分析有一点难度，特别是基础比较差的学生。所以，

应该做好课后跟踪调查，及时帮助学生。