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高中物理:通电导线所受安培力方向的判断

 乡巴佬 2018-07-09

一、直接利用左手定则进行判断

需要注意的是用左手定则判断通电导线所受安培力的方向时,当磁感线与通电导线垂直时,磁感线必须垂直穿入手掌心;当磁感线与通电导线不垂直时,就让磁感线斜着穿入手掌心。

例1、如图中所示的电路,导线ab受到的安培力的方向如何?

解析:利用左手定则可判断出ab所受安培力的方向是垂直于ab向右斜向上,与竖直方向成角。


二、等效分析法

环形电流可等效为小磁针,通电螺线管可等效为条形磁铁,等效后再判断所受安培力的方向就容易得多。

例2、如图所示放置的螺线管和矩形线圈,通以如图所示方向的电流,如把螺线管固定,矩形线圈(可自由运动)将如何运动?

解析:把矩形电流等效成小磁针,由安培定则可知线框的左侧相当于小磁针的S极;把螺线管等效成条形磁铁,由安培定则可知螺线管右侧是条形磁铁的S极;由“同斥异吸”的规律可得两者相互排斥,故矩形线圈所受安培力的方向水平向右,线圈应向右摆动。


三、电流元分析法

把整段电流等分成很多段直线电流元,先用左手定则判断出每段电流元受到的安培力方向,再判断整段电流所受安培力合力的方向,往往要结合对称分析法,从而可进一步确定导体运动方向。

例3、如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后判断线圈如何运动。

解析:利用“电流元法”,首先将圆形线圈分成很多小段,每一小段可以看作一段直线电流,取其中的上下两小段分析,其截面图和安培力的情况如图中所示,根据其中心对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左摆动。

四、利用平行电流相互作用分析法

两电流相互平行时无转动趋势,方向相同相互吸引,方向相反相互排斥,两电流不平行时有转动到相互平行且方向相同的趋势。

例4、找来一段长为1.5m、直径为0.1mm左右的铜丝,一只圆杆铅笔,三节干电池,一个小灯泡(额定电压3.8V),若干导线,一小碗盐水,支架等。把铜丝线在圆杆铅笔上绕60圈左右,取下铅笔,就制成了一个轻质弹簧,如图甲所示那样将上端挂在支架上,下端刚好和小碗里的盐水接触,用导线把弹簧、盐水、小灯泡和三节干电池连成串联电路,当有电流通过弹簧时,弹簧上下振动,电路交替通断,小灯泡时亮时暗,做一做试试,并解释发生的现象。

解析:当弹簧通电时,相邻的电流如图乙所示,为同向电流,根据“同向电流相互吸引、反向电流相互排斥”可知,弹簧在相互的引力作用下而缩短,弹簧一缩短,下端就离开导电液体,电流中断,弹簧恢复原长,电流导通,重复以上过程,循环往复,不断持续下去,就出现实验中的现象了。

五、转换研究对象法

因为电流之间、电流和磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律,这样,定性分析磁体在电流的磁场中的受力方向时,可先分析电流在磁体的磁场中所受安培力,然后根据牛顿第三定律,再确定磁体所受电流作用力的方向。

例5、如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在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里的电流,用表示磁铁对桌面的压力,用f表示桌面对磁铁的摩擦力,导线通电后与通电前相比较( )

A. B. 

C. D. 

解析:由于直接对磁铁进行受力分析较为复杂,可以根据牛顿第三定律,选取导线作为研究对象,如图所示,画出一条通过导线处的磁感线,由左手定则可知电流所受的安培力方向竖直向上,由牛顿第三定律可知,电流对磁铁的作用力方向竖直向下,所以磁铁对桌面压力增大,而桌面对磁铁无摩擦力作用,故选C项。

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