一种判断安培力方向的好方法

一种判断安培力方向的好方法
作者：何准
来源：《中学物理·高中》2013年第03期
通常我们在判定磁场对电流作用力方向的时候采用的是左手定则，这种方法实用且直观，然而初学者往往容易与右手螺旋定则（安培定则）和右手定则相混淆，从而引起不必要的错误.笔者发现还有一种方法比左手定则更加简单、实用，现介绍给大家，供同行们在教学中参考.1 判定安培力方向的另一方法
如图1所示垂直纸面向里的匀强磁场中有一通电直导线，试判断导线所受的安培力的方向.我们发现空间中同时存在了两个磁场，一个是匀强磁场，另一个则是电流形成的磁场，两个磁场在空间叠加，使得导线右边的磁场变强，左边的磁场变弱，运用左手定则可以判断出安培力的方向向左.通电导线所受安培力的方向指向的区域是磁场减弱的区域.我们改变磁场或电流的方向，始终可以得出同样的结论，那就是：在磁场中的通电导体所受安培力的方向，始终指向因通电导体产生的磁场导致磁场减弱的区域.2 判定安培力方向方法应用2.1 磁场对电流的作用
（2009年海南卷）一根容易发生形变的弹性导线，两端固定.导线中通有电流，方向如图2中箭头所示.当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是
解析没有通电时导线是直的，竖直向上.当加上竖直向上的磁场时，由于电流形成的磁场与原磁场叠加时，各处的变化情况是中心对称的，所以导线不受安培力，不会弯曲，A图错误；B图加上水平向右的匀强磁场，外侧变强，内侧变弱，电流所受的安培力应垂直纸面向里，B图弯曲方向错误；同理，C、D图中右侧磁场变强，左侧磁场变弱，由上述结论可知安培力的方向总是指向磁场变弱的区域，故电流所受的安培力向左，因此D图错误，C图正确.答案选C.2.2 电流对电流的作用
运用上述判断磁场对电流的作用力的方法，证明通有同向电流的导线相互吸引，通有异向电流的导线相互排斥.
解析如图3所示，（1）根据安培定则画出电流及电流产生的磁场分布图；（2）容易看出中间区域的磁场方向相反相互削弱；（3）依据上述结论可知电流所受的安培力的方向指向磁场减弱的区域，a电流受到的安培力向右，b电流受到的安培力向左，因此通有同向电流的平行导线相互吸引.同理可以证明通有异向.电流的平行导线是相互排斥的.
拓展两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图4所示电流后，cd导线将
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
解析运用安培定则首先判断导线周围的磁场情况，发现Ⅰ、Ⅲ两区域磁场相互减弱，
Ⅱ、Ⅳ两区域磁场相互加强，依据导线受力指向磁场减弱的区域，因而cd导线将逆时针方向
转动，同时电流的方向趋于同向，相互吸引，故靠近ab.答案选D.3 电磁感应中安培力方向的
判定
如图5所示的一矩形线框处在匀强磁场中，一导体棒AB在外力作用下向右运动，试判断导体棒AB所受安培力的方向.
分析导体棒AB向右运动，使闭合回路内的原磁通量增加，根据楞次定律可知：感应磁场的方向与原磁场方向相反而使回路中的磁场减弱.依据上述方法可知导体棒AB所受安培力的方向指向磁场减弱的区域，即向左.运用此方法判定电磁感应中导体所受安培力的方向，无需先
判断导体中电流的流向，再用左手定则判断导体受到的安培力的方向，使判断的过程简捷方便.
大量的习题验证了这种方法可以判断各种形状载流导线所受的安培力，它除了具有简单、方便、易懂、易于操作的特点外，还克服了左手定则一系列操作上的限制，而使此类问题变得简单化，并以此为基础可以反演楞次定律，从能量守恒的角度去判断感应电流方向.同时，通
过训练有利于学生思维培养，初步建立能量守恒观，为今后的学习打下基础。