阅读材料：电流强度的单位——安培

在国际单位制中，基本单位有七个，我们已经知道其中的六个，这就是：米

（长度的单位），千克（质量的单位），秒（时间的单位），安培（电流强度的单位），开尔文（热力学温度的单位），摩尔（物质的量的单位）．还有一个基本单位叫做坎德拉，是光学中发光强度这个物理量的单位．这个单位在中学课程中涉及不到．这里我们介绍一下安培这个单位是怎样确定的．以前我们是用电量的单位库仑来确定安培这个单位的，似乎库仑是一个基本单位．其实在国际单位制中库仑不是基本单位，而是导出单位，安培才是基本单位．以前所以那样讲， 是因为我们的知识不够，不能先讲安培这个单位．安培是利用电流之间的相互作用力来确定的，学过直线电流的磁场和磁场对电流的作用力，现在我们有条件来介绍这个问题了。图 1－23 表示两根平行的直导线，其中通以大小和方向都相同的电流 I．导线 b 处于导线 a 的磁场中，因而受到这个磁场的安培力 F1，从左手定则可以知道，F1 在纸面内自左向右，指向导线 a，如图甲所示．设两导线的长度为 l，两导线间的距离为 r．导线 a 在导线 b 处产生的磁感应强度 B=kI／r， 导线 b 所受的安培力 F1=IlB=kI2l／r．同样，导线 a 处于导线 b 的磁场中，受到的安培力 F2 在纸面内自右向左，指向导线 b，如图乙所示．同样可以算出 F2 的大小：F2=kI2l／r．可见两导线受到大小相等方向相反的引力，这个引力的大小 F 为

F = k

I2l

r ．

其中 k 是比例恒量，它的数值跟选用的单位制以及导线周围的介质有关． 在国际单位制中，安培这个单位就是利用上式来定义的．

放在真空中的两根平行直导线，通以相同的稳恒电流，当两导线相距 1 米，

每根导线在每米长度上所受的力等于 2×10-7 牛顿时，这个稳恒电流就是 1 安培．

根据这个定义，由上式得到

2×10-7

牛= k

1安2×1米

，

1米

所以 k = 2×10 -7 牛 ． 安2

有了安培的定义，根据公式 I=q／t 就可以定义电量的单位．如果导线中的电流为 1 安培，那么每秒内通过导线横截面的电量就是 1 库仑．所以 1 库=1 安·秒．

练习三

  1. 图 1－24

    表示一根放在磁场里的通电直导线．图中已分别标明电流、磁感应强度和安培力这三个量中两个的方向，试画出第三个量的方向．

  2. 试解释为什么两根平行直导线中通以相反方向电流时，它们互相推斥．

  3. 如图 1－25

    所示，把一根通电的直导线放在蹄形磁铁的两个磁极上方．导线可以自由移动和转动．如果电流的方向如图所示，导线将产生怎样的运动？

  4. 把 30 厘米的通电直导线放入匀强磁场中，导线中的电流强度是 2．0

    安，磁场的磁感应强度是 1.2 特。求电流方向跟磁场方向垂直时导线所受的安培力．

  5. 在磁感应强度是 4．0×10-2 特的匀强磁场里，有一条和磁场方向相交成

    60°角、长 8 厘米的通电直导线 ab（图 1—26）。通电导线 ab 所受的安培力是 1．0×10-2 牛，方向和纸面垂直指向读者．求导线里电流的大小和方向．

  6. 一根长 2 米的直导线，通有 1 安的电流，把它放在 B=0．2

    特的匀强磁场中，当导线与磁力线的夹角为 0°、30°和 90°时，导线所受的安培力分别有多大？

  7. 如图 1－27

    所示，在通电长导线的旁边放一个可以自由移动和转动的矩形通电线圈，线圈和导线在同一平面上，它的 a、c 两边和导线平行．试讨论一下线圈各边的受力情况．线圈在磁场中将怎样运动？