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磁场力_磁场力 -基本内容
磁场力包括磁场对运动电荷作用的洛仑兹力和磁场对电流作用的安培力，安培力是洛仑兹力的宏观表现．磁场力现象中涉及3个物理量的方向：磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向；或磁场方向、电流方向、安培力方向．我们用左手定则说明3个物理量的方向时有一个前提，认为磁场方向垂直于电荷运动方向或磁场方向垂直于电流方向．不少同学认为，根据左手定则知道其中任意2个量的方向可求出第3个量的方向．一般说，这种看法是不正确的．
事实是，磁场方向不一定垂直于电荷运动方向或电流方向，它们之间的夹角可以是任意的．我们能肯定的是：洛仑兹力一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷运动方向，洛仑兹力垂直于磁场B和电荷运动速度v所决定的平面．安培力一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，安培力垂直于B和I所决定的平面，我们不应该忽视一个重要事实：B与v或I平行时，洛仑兹力或安培力都不存在．
因此，当B⊥v或B⊥I时，我们可以用左手定则表述3个物理量方向间的关系．这时，知道任意2个物理量的方向可求出第3个物理量的方向．当B与v或B与I不垂直时，根据B与v的方向或B与I的方向，可确定洛仑兹力f或安培力F的方向，但是，根据v、f的方向或I、F的方向不能唯一的确定B的方向；根据B、f的方向或B、F的方向不能唯一确定v或I的方向．这2种问题若有唯一确定的解必须补充条件．
例1 如下图所示，电流I指向Z轴正向，I所受安培力F指向Y轴正向，则磁感应强度B的方向（）．
A．一定指向X轴正向
B．一定指向X轴负向
C．在XOY平面内，与Y轴夹角大于π/2小于π
D．无法判定
分析和解 根据左手定则可判定出B的一个分量的方向沿X轴正向．B的另一个分量沿Z轴正向或负向．所以，B的方向在XOZ平面内，B与Z轴的夹角在O到π之间，认为B的方向一定指向X轴正向是错误的，认为B一定指向X轴负向或认为B在XOY平面内更是错误的．本题B的方向无法确切判定，正确的是D．
例2 一个带正电的粒子以速度v1，在XOY平面内运动时，它所受匀强磁场B的洛仑兹力f1的方向指向Z轴负方向，如果此粒子以速度v2沿Z轴正向运动，则粒子所受洛仑兹力f2的方向指向X轴正向，由此可知B的方向（ ）．
A．一定指向X轴正向
B．一定指向Z轴正向
C．一定指向Y轴负向
D．一定指向X轴负向
分析和解 根据题意画出示意图如上图所示，由洛仑兹力f1的方向知B的方向在XOY平面内，由洛仑兹力f2的方向知B的方向在YOZ平面内，XOY平面与YOZ平面的交线就是Y轴的直线，根据v2和f2的方向，用左手定则判定出B的方向指向Y轴负向，C正确．
例3 一束速度相同的电子通过匀强磁场B和匀强电场E同时存在的区域而没有发生偏转，则以下对此区域内B、E方向的判断中正确的是（ ）．
A．B一定垂直于E
B．B一定平行于E
C．B与E的夹角不能确定
D．B与E可能垂直也可能平行
分析和解 电子束通过B、E同时存在的区域而没有发生偏转有2种情况：电子匀速通过这区域，电子所受电场力与洛仑兹力平衡；电子作匀变速直线运动通过这区域，电子只受电场力作用．
当电子只受电场力不受洛仑兹力作用时，电子做匀加速或匀减速直线运动，这时电场强度E的方向与电子运动方向平行，磁感应强度B的方向也与电子运动方向平行，也就是B与E的方向平行．
当电子所受电场力与洛仑兹力平衡时，电子做匀速直线运动通过这区域，电子所受洛仑兹为fm的方向与电子速度v垂直，电子所受电场力fe的方向与fm的方向相反．所以，电场E的方向与v垂直．而由v、fm的方向可知，磁场B的一个分量的方向与v垂直，也与E垂直，B的另一个分量的方向与v平行．所以，B与v的夹角不能确定，B与E的夹角也不能确定．C、D正确．
例1和例3中只知道安培力、洛仑兹力方向，不能唯一确定磁场B的方向，这是因为我们不能排除B可能有一个与电流I或粒子速度v平行的分量．例2中知道粒子速度为v1时f1的方向，又知道粒子速度为v2时f2的方向，也即补充了条件，因此才能唯一确定B的方向．
例4 如下图所示，质量为m、长为l的一段导线放在倾角为θ的光滑导轨上，导线中通入电流I，要让导线静止于导轨上，至少应加多大的匀强磁场B？
分析和解 导线受重力mg、导轨支持力N和磁场的安培力F作用，这3个力的合力为零导线才能保持静止，由此可知3个力在同一竖直面内，如下左图所示．我们还可以知道，F的方向在图中两虚线所围的范围内都能保持导线的平衡．
题目要求磁场B的最小值，所以F也要求是最小值．用力合成的三角形法则判定出F的方向应平行于导轨斜面向上，如上右图所示，用左手定则判定出B的方向垂直斜面向下．
由上右图知 mgsinθ=F=IlB，
垂直导轨面向下的匀强磁场才能使导线静止在导轨上．
本题要求磁场的最小值，故磁场平行于导线电流方向的分量应为零，磁场方向一定垂直于导线，如果不是要求磁场的最小值，则磁场垂直于导线电流方向的分量有一分布范围与安培力F的范围相对应，由上面左图中两虚线所确定的F的范围，用左手定则可确定B相应的范围．
例5 空间中某一区域存在匀强磁场，为了确定磁场的方向、大小，我们做2个实验．第1个实验如下左图所示，质量为m、带正电q的粒子以速度v1向右运动时，粒子所受洛仑兹力f1的方向垂直纸面向里．第2个实验如下右图所示，当粒子以垂直纸面向外的速度v2运动时，粒子所受洛仑兹为f2的方向与v1方向的夹角为30°．试根据这2个实验判定磁场的方向和大小．
分析和解 由第1个实验中v1和f1的方向可知磁场B矢量一定在纸面内，B的一个分量垂直于v1向下，另一个分量平行于v1．即B矢量在v1所在直线的下方．
由第2个实验中v2和f2的方向可知B矢量
