判断磁场力的方向方法种种

高中物理内容(高二)

中学生理化报(高二、高三)/2003年/03月/08日/第006版/

判断磁场力的方向方法种种

山东莒南一中李树祥陈广永

对在磁场中的运动电荷和通电直导线,我们一般直接用左手定则来判断它们所受的磁场力的方向。但对磁场中的有些物体,如磁铁、弯曲的通电导线(如通电线圈)等,其所受磁场力的方向一般可用如下几种方法来判断。

一、直接判断法:对两块磁铁之间的磁场力,可直接用同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引来判定。

二、找磁场方向法:首先找出磁铁所在位置的磁场的方向,然后根据磁铁北极受力方向跟该处磁场方向相同,南极受力方向跟该处磁场方向相反来判定所受磁场力的方向。

三、牛顿第三定律法:首先判断出通过磁场相互作用的两个物体中一个物体所受磁场力的方向,然后再利用牛顿第三定律得出另一个物体所受磁场力的方向。

四、电流元受力分析法:把整段电流分割成为很多段小直流电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受的磁场力的方向,再判断出整段电流所受合力的方向。

五、特殊值分析法:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置(如转过90b),然后再判断所受磁场力的方向。

六、等效分析法:将环形电流等效成条形磁铁(或小磁针),或将条形磁铁等效成环形电流,将通电螺线管等效成很多的环形电流来分析其所受磁场力的方向。

七、推论分析法:可利用下列两个推论来判断磁场力的方向。¹两电流相互平行时,电流方向相同则磁场力使两电流相互吸引,反之则相互排斥;º两电流交叉时,磁场力使两电流有转到相互平行且方向相同的趋势。

例、如图1所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁的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,线圈所受的安培力的方向如何?

解法一、先根据右手螺旋定则判断出通电线圈在轴线产生的磁场的方向是向右的,然后由找磁场方向可知,磁铁N极受力方向与磁场方向相同,磁铁S极受力方向与磁场方向相反。由于磁铁N极处磁场较强,故得出磁铁所受的磁场力的方向向右。再根据牛顿第三定律可判断出线圈受的磁场力方向向左。

法二、用等效分析法把环形电流等效为一条形磁铁,如图2所示,则根据直接判断法即可很容易地判断出环形电流所受的安培力的方向向左。

法三、先用等效分析法将条形磁铁等效为一环形电流,如图3所示,然后由推论分析法即可判断出线圈所受的安培力方向向左。

法四、运用电流元分析法,我们可以把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,其截面图和所受安培力的情况如图4。根据对其中心对称性可知,线圈所受安培力的合力方向应水平向左。