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通電直導線周圍磁場
通電直導線周圍磁場
更新时间:2025-04-02 08:58:24

一、安培力的方向

1、安培力:為紀念安培在研究磁場與電流的相互作用方面的傑出貢獻,人們把通電導線在磁場中受的力稱為安培力.

2.探究與安培力的方向有關的因素

(1)實驗裝置及實驗現象

通電直導線周圍磁場(通電導線在磁場中受到的力)1

(2)結論:安培力的方向與磁場方向、電流方向有關系.安培力的方向既跟磁場方向垂直,又跟電流方向垂直,也就是說,安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導線所在的平面.

3.安培力方向的判斷一左手定則

伸開左手,使拇指與其餘四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面内;讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.

通電直導線周圍磁場(通電導線在磁場中受到的力)2

4.對左手定則的理解

(1)左手定則涉及三個物理量的方向,可以從三維空間的側視圖、俯視圖和剖面圖等不同角度理解.

(2)一般情形的安培力方向判斷:電流方向和磁場方向可以不垂直,但安培力方向必然和電流方向垂直,也和磁場方向垂直.

(3)已知電流I的方向和磁場方向可以确定安培力F的方向,但如果隻知道安培力F的方向和磁場方向(或電流方向),無法判斷電流方向(或磁場方向).

(4)當電流方向跟磁場方向不垂直時,安培力的方向仍垂直于電流方向與磁場方向所決定的平面,所以仍可以用左手定則來判斷安培力的方向,隻是磁感線不垂直穿過掌心.

二、安培力的大小

1.安培力大小的公式表述

(1)如圖甲所示,當B與I垂直時,F=BIL.

(2)如圖乙所示,當B與I成θ角時,F=BILsinθ.

(3)當B與I平行時,F=0.

通電直導線周圍磁場(通電導線在磁場中受到的力)3

2.F=BILsinθ的推導

當磁感應強度B的方向與導線方向成θ角時(如圖乙),它可以分解為與導線垂直的分量B⊥和與導線平行的分量B∥(如圖丙).

B⊥=Bsinθ,B∥=Bcosθ,其中B∥不産生安培力,導線所受的安培力隻是B⊥産生的,得F=ILB⊥=ILBsinθ.

3.對安培力公式的理解

(1)安培力公式适用條件

①導線L所處的磁場應為勻強磁場

②在非勻強磁場中,僅适用于電流元

(2)安培力公式F=BIL中的L為有效長度

①導線垂直于磁場放置,若導線是彎曲的,此時公式F=BIL中的L并不是導線的總長度,而應是彎曲導線的有效長度.如圖所示,有效長度等于連接兩端點線段的長度,相應的電流方向沿L由始端指向末端.

通電直導線周圍磁場(通電導線在磁場中受到的力)4

②對任意形狀的閉合平面線圈,當線圈平面與磁場方向垂直時,線圈的有效長度L=0,故通電後在勻強磁場中所受安培力的矢量和一定為零,如圖所示.

通電直導線周圍磁場(通電導線在磁場中受到的力)5

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