通电导线在磁场中受到的力
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通电导线在磁场中受到的力
1. 安培力
通电导线在磁场中受到的力称为安培力。
2.安培力方向的判定
通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系,可以用左
手定则来判定,如图1所示,伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并
且都和手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使
伸开的四指指向电流的方向,那么,大拇指所指的方向就是通电导线在磁场
中所受安培力的方向。
注意:(1)在磁场中无论怎样形成的电流,只要属于电流在磁场中受安培力
的问题,左手定则同样适用;
(2)左手定则判定的是磁场对电流作用力的方向,而不一定是载流导体运动的方向,载流导体是否运动,要根据它所处的具体情况而定。
例如两端固定的载流导体,即使受到安培力的作用,它也不能运动。
应用:由于左手定则是解决安培力、磁场和电流三者之间方向关系的方法,因此使用左手定则时首先判定哪两个量的方向是已知的,然后用左手定则确定另一量的方向。
3.安培力的大小
1.当长为L 的直导线,垂直于磁场B 放置,通过的电流为I 时,此时通电导线受到的安培力最大且F =BIL 。
2.当磁感应强度B 的方向与通电导线平行时,导线受力为零。
3.当磁感应强度B 的方向与通电导线方向成θ角时,如图2所示,可以将
磁感应强度B 沿导线方向和垂直导线方向正交分解,垂直导线方向的分量θsin B B =⊥,沿导线方向的分量θcos //B B =,而沿导线方向的分量B ∥
对电流是没有作用的,所以导线所受的安培力F =ILB ⊥=ILB sin θ,即
θsin ILB F =。
注意:(1)B 对放入的通电导线来说是外磁场的感应强度。
(2)导线L 所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中,公式θsin ILB F =仅适用于很短的通电导线(我们可以把这样的直线电流称为电流元)
本知识点中易错题
例 :如图3所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上
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F N 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 .F N 减小,f =0
B .F N 减小,f ≠0
C .F N 增大,f =0
D .F N 增大,f ≠0 解析:由于直接对磁铁进行受力分析较为复杂,可以选取导线作为研究对象,先分析直线电流受到条形磁铁的作用力。
再根据牛顿第三定律判断电流对磁铁的作
图1
图2
图4
图3
用力。
如图4所示,画出一条通过电流I处的磁感线,电流I处的磁场方向水平向左,由左手定则可知电流I受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。
答案:C
易错警示:此题若按常规思路直接用直线电流的磁场对条形磁铁的作用来分析,会使问题陷入困境,将很难得出结论,所以解决此类问题首先应确定电流为研究对象,同时应对条形磁铁的磁感线的分布情况非常了解,熟练应用左手定则。