一、安培力的方向
1、安培力:为纪念安培在研究磁场与电流的相互作用方面的杰出贡献,人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力.
2.探究与安培力的方向有关的因素
(1)实验装置及实验现象
(2)结论:安培力的方向与磁场方向、电流方向有关系.安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,也就是说,安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.
3.安培力方向的判断一左手定则
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时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.
4.对左手定则的理解
(1)左手定则涉及三个物理量的方向,可以从三维空间的侧视图、俯视图和剖面图等不同角度理解.
(2)一般情形的安培力方向判断:电流方向和磁场方向可以不垂直,但安培力方向必然和电流方向垂直,也和磁场方向垂直.
(3)已知电流I的方向和磁场方向可以确定安培力F的方向,但如果只知道安培力F的方向和磁场方向(或电流方向),无法判断电流方向(或磁场方向).
(4)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面,所以仍可以用左手定则来判断安培力的方向,只是磁感线不垂直穿过掌心.
二、安培力的大小
1.安培力大小的公式表述
(1)如图甲所示,当B与I垂直时,F=BIL.
(2)如图乙所示,当B与I成θ角时,F=BILsinθ.
(3)当B与I平行时,F=0.
2.F=BILsinθ的推导
当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时(如图乙),它可以分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥(如图丙).
B⊥=Bsinθ,B∥=Bcosθ,其中B∥不产生安培力,导线所受的安培力只是B⊥产生的,得F=ILB⊥=ILBsinθ.
3.对安培力公式的理解
(1)安培力公式适用条件
①导线L所处的磁场应为匀强磁场
②在非匀强磁场中,仅适用于电流元
(2)安培力公式F=BIL中的L为有效长度
①导线垂直于磁场放置,若导线是弯曲的,此时公式F=BIL中的L并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的有效长度.如图所示,有效长度等于连接两端点线段的长度,相应的电流方向沿L由始端指向末端.
②对任意形状的闭合平面线圈,当线圈平面与磁场方向垂直时,线圈的有效长度L=0,故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零,如图所示.