安培力
一、学习内容F=BIL、左手定则
基本技能理解能力
分析综合能力
运用数学处理问题能力
解题策略形成磁场分布图景
灵活选用研究对象、抓住要害、区分情况分析、灵活多变处理
采用比较、深化认识
二、例题分析
第一阶梯
[例1]判定通电直导线旁的通电线框的运动
在图4中,通电直导线附近有一个小的通电闭合矩形线圈abcd,直导线AB和线
框在同一平面内放置,且线框的边ab‖AB.将直导线固定,小线框可以自由
移动.若电流I2沿顺时针方向,小线框由静止开始,则小线框的运动情况是:
()
A.在纸面上向右运动
B.在纸面上保持静止不动
C.在纸面上向通电直导线靠拢
D.发生转动,同时向远离直导线方向运动
[分析和探索]
本题需要先分析通电直导线周围的磁场的分布,然后再分析线框各边的受
力情况,最后根据线框所受合力,依据力和运动的关系判定出线框的运动
情况,这是分析本题的基本思路.
通电直导线AB的右侧,有垂直纸面指向纸内的非匀强磁场,靠近直导线处
磁场较强,远离直导线处的磁场较弱,如图5所示.
分析通电线框各边在磁场中受磁场力时,要先分析主受力边ab,因为它所在处的磁场较强.根据左手
定则知ab边所受磁场力(安培力)的方向沿纸面向左,设大小为F1.与ab边平行的cd边所受磁场力的
方向沿纸面向右,设大小为F2.ad边所受磁场力F’的方向沿纸面向上,bc边所受磁场力F”的方向
沿纸面向下.由于ad边与bc边所在处磁感强度分布的对称性,知ad边及bc边所受磁场力大小相等.由
时针慢慢移动时间悄悄溜走于F1>F2,所以小线框所受的合力向左,小线框
将向左运动.小线框受力情况如图6所示.
[参考答案]选项C正确
[说明]
本题为定性分析题目,要求了解通电直导线周围的磁场分布,能够形成磁
场分布的空间图景.如果误认为周围的磁场为匀强磁场,就会造成认为小线框所受合力为0的错误,
从而误选选项B.
由于安培定则运用的错误,误认为磁场方向在直导线右侧为垂直纸面向外,从而造成认为小线框向右
运动的判断.虽然小线框周围的磁场分布判断正确,但伸出了右手判定力的方向,或虽伸出了左手,
但记错了四指和拇指的物理意义,也会早造成认为小线框向右运动的判断,从而误选选项A.
本题选项中只有选项为小线框发生转动,物以稀为贵,采用猜想的办法很容易误选选项D,从而造成
错误.
只有采用前述的正确思路,建立起正确的图景和正确的分析,才能正确地选出选项C.
[例2]通电直导线所受安培力的计算.
匀强磁场中,一根长5cm的直导线和磁场方向垂直,导线中通以1A电流时,导线受到的安培力为0.1N.
若导线长度增加10cm,电流减小为0.5A,导线仍与磁场方向垂直放置,求此时导线所受到的安培力的
大小.
[分析和探索]
本题可以用公式F安=BIL计算安培力.根据L1、I1和F1,可以计算出磁感应强度B,再根据B、L2、I2,
可以计算出所求的安培力F2.本题也可以利用比例进行求解.
[参考答案]
解法1:分步计算法.
当通电直导线垂直匀强磁场方向放置时,所受安培力的大小F安=BIL.
原导线所受安培力的大小F1=BI1L1,即0.1=B×1×0.05,可见磁感应强度
改变后的导线长L2=L1+ΔL=0.05+0.1=0.15m,则所受安培力
F2=BI2L2=2×0.5×0.15N=0.15N
解法2:用比例求解.
当通电直导线垂直匀强磁场方向放置时,所受安培力的大小F安=BIL.
原导线所受安培力的大小为F1=BI1L1①
变后导线所受安培力的大小F2=BI2L2②
[说明]
本题为应用F安=BIL进行定量计算的题.
解法1步步递进,易于思考,但要计算B值,拉长了做题的时间.
解法2运用了数学知识,采用比例加以处理,提高了解题效率,但有跳过求B的过程,出现了思维的
跳跃.
处理中,本题容易出现将“导线长度增加10cm”误认为导线最终长度为10cm,即将“增加了”误认
为“增加到”,从而得到F2=0.1N的错误结果.可见认真审题,在关键词语中多加思考,是解题中万
万不可忽视的步骤.
第二阶梯
[例1]安培力方向的判定
如图7所示,条形磁铁平放于水平桌面上,在它的正中央上方固定一根直导线,
导线与磁铁垂直.现给导线中通以垂直于纸面向外的电流,则下列说法正确
的是:()
A、磁铁对桌面的压力减小
B、磁铁对桌面的压力增大
C、磁铁对桌面的压力不变
D、无法说明对桌面的压力的变化情况
[分析和探索]
依据条形磁铁周围空间磁感线的分布图景,知道通电直导线所在处有水平向左的磁场,根据左手定则
知导线所受安培力方向向下.
根据物体间力的相互性,知条形磁铁通过磁场对直导线施力,因此直导线也通过磁场对条形磁铁施力.
这两个力方向相反,从而减小对桌面的压力.可见选项A正确.
若认为直导线通电后产生了磁场,不加分析地从磁场具有能量,误将能量当作力,从而会错选选项B.
若从同性磁极相排斥,异性磁极相吸引出发,由于通电直导线周围的磁场无法找出磁北极N及磁南极S,
从而错选选项C或D.
[参考答案]
选项A正确.
[说明]
本题要求对条形磁铁周围空间的磁感线分布有完整的空间几何图景,从而知道直导线处的磁场方向为
水平方向.本题要求熟知左手定则,以及物体间力的相互性.
处理时,要注意不要
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