通电导线或线圈在安培力作用下运动方向的分析方法

通电导线或线圈在安培力作用下运动方向的分析方法
王桃云
通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向往往根据左手定则直接分析，但有些情况不好直接分析，下面介绍几种分析方法。
一. 电流元分析法
把整段通电导线分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元。“电流元分析法”就是先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段通电导线所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向。
图2
二. 等效分析法
环形电流可等效为小磁针，条形磁体或小磁针也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁体。
例1. 也可以用等效分析法来分析。根据安培定则可知，图1中的环形电流可等效为一个小磁针，如图3所示，所以磁铁和线圈相互吸收，线圈将向磁铁运动。
图3
我们还可以将图1中的条形磁铁等效为环形电流，根据安培定则其等效电流电流方向如图4所示，由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动。
图4
三. 特殊位置分析法
根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置。
例2. 如图5所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动。当导线中通有如图5所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况。
图5Байду номын сангаас
解析：（1）根据图6所示的导线所处的特殊位置判断其运动情况。将导线AB从N、S极的中间O分成两段，由左手定则可得AO段所受安培力的方向垂直于纸面向外，BO段所受安培力的方向垂直于纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动。
例1. 如图1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，试判断线圈如何运动？
图1
解析：把圆形线圈分成很多小段电流元，每一小段电流元可以看作一段直线电流，取其中的上下两对称小段进行分析，其截面图和受安培力的情况如图2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，故线圈向磁铁运动。
图6
（2）根据导线转过 时的特殊位置判断其上下运动情况。如图7所示，导线AB此时所受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。
图7
（3）由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动。