高中物理安培力作用下的导体专题辅导

安培力作用下的导体

山东李瑞芳张启光

通电导线或线圈在磁场中会受到磁场对它的安培力作用，定性分析通电导线或线圈所受安培力或安培力作用下的运动趋势有以下几种方法：

1、电流元法：当导线所在处磁场不同时，把导线分为很多小段，分析每小段的受力，再求整段导线所受的合力，确定导线的运动方向。

2、特殊位置法：把通电导线转到一个便于分析的特殊位置后再判断其所受安培力，一般转过90°后分析其受力和运动趋势。

3、等效法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁和通电螺线管可等效成环形电流。

4、结论法：电流间的相互作用，当两电流平行时，同向相吸、反向相斥；当两电流不共面时，有转动趋势，转到同向且相互靠近，另外导体在安培力作用下，只要有转动趋势的一定会相互吸引。

5、转换研究对象法：力的作用是相互的，电磁力也是相互的，如当电流与磁体发生相互作用时，直接求电流对磁体的作用力不方便，可先求出电流受力，再根据牛顿第三定律求磁体受力。

例1. 如图1所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁的正上方，导线可自由运动，通图中电流时，从上向下看导线的运动情况是（）

A. 顺时针转动同时下降

B. 顺时针转动同时上升

C. 逆时针转动同时下降

D. 逆时针转动同时上升

解析：根据磁铁磁场的分布，画出电流所在处的磁感线如图1，左右两侧磁场方向变化，由左手定则可判断左侧受力向里，右侧受力向外，导线发生转动。再假设其转过90°，则电流垂直于纸面向外，而磁场水平向左，可判断受力向下，所以从上向下看导线顺时针转动的同时下降，本题正确答案为A。

点评：电流元法和特殊位置法结合是分析磁铁产生的磁场中直线电流所受安培力的常用方法。首先明确磁场分布，注意磁场与电流间的方向关是否变化，若变化则把整段电流分为很多小段，先用左手定则判断出每一小段所受安培力，再分析整体所受安培力，判断其是否会发生转动，对转动的情况先分析清楚转动方向，再采用特殊位置法，分析其转过90°后所受安培力和运动趋势，此法也称为程序法。

例2. 如图2所示，两相同的圆形线圈，圆心重合且环面垂直放置，其中竖直线圈b固定，水平线圈a可以自由运动，当两线圈中通以如图2所示电流时，从左侧向右观察，线圈a将（）

A. 顺时针转动

B. 静止不动

C. 逆时针转动

D. 竖直向下运动

解析：结论法：两线圈中的环形电流不平行是异面电流，则二者一定相对转动，只要有转动趋势的一定会相互吸引，故两线圈向两环形电流方向相同的方向转动，即水平线圈a 内侧向上运动，而外侧向下运动，从左向右观察线圈a将顺时针转动，所以正确答案为A。

等效法：把通电后的线圈a等效为N极向下的小磁针。该磁针正好处于固定的环形电流b的中心，而环形电流在该处的磁场方向由安培定则可判断为垂直纸面向里，所以小磁针的N极在磁场力作用下转向磁场方向，即该小磁针的N极由向下转向垂直纸面向里。从左侧向右观察则为顺时针转动。故正确答案为A。

电流元法：把线圈a沿转动轴分成内外两部分。每一部分又可分为无数小段的电流元，电流元处在线圈b的磁场中，各处磁场不同，但各处磁场都有水平向里的分量。根据左手定则可判，线圈a外侧所受安培力向下，而内侧所受安培力向上，因此从左向右观察线圈a将顺时针转动。故正确答案为A。

点评：由本题的分析方法可知，同一题目可以用不同的方法分析，但是不同的方法在处理问题过程中的复杂程度是不同的，故在具体的问题中应灵活的选择分析方法。其中电流之间安培力的分析用“同向吸，反向斥，异面电流转且吸”的结论法分析，简便快捷且不易出错。环形电流所受安培力的分析通常用等效法比较简便。