课外拓展



  对于安培力计算公式F=BIL它只适用于通电直导线垂直于磁场的情况,对于非直导线受安培力的大小,我们往往是用等效长度来代替L,对于直导线不垂直于磁场的情况我们是把磁感应强度分解为垂直导线方向和平行导线方向来处理。

例1、如图所示,将通电导线圆环平行于纸面缓慢地竖直向下放入水平方向垂直纸面向里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中,所受的安培力大小(  )

A.逐渐变大          B.先变大后变小

C.逐渐变小          D.先变小后变大

解析:

  由于通电导线环是一弯曲导线,所以不能直接应用安培力公式,这时,我们应想办法把弯导线变为直导线,圆环可以看成是由许多的小段直导线组成的,如图甲所示。另外,由对称性可知,圆环所受的安培力必竖直方向,所以我们可以把每小段导线所受的安培力进行正交分解,求出竖直方向的分力之和就是导线环所受的安培力。

  如图乙所示,在磁场中的某一小段导线△L,所受的安培力大小为△F=BI△L。

  则此小段导线在竖直方向的分量为△F1=BI△Lcosθ,

  而△Lcosθ恰好是导线△L在水平方向的投影长度,则通电导线环在磁场中所受的安培力大小等于进入磁场部分的圆弧在水平方向投影长度的直导线所受的安培力大小,所以导线环所受的安培力大小为F=BId.

  导线环在进入磁场过程中,d先变大后变小,所以安培力的大小也是先变大后变小,本题的正确答案应为B。

答案:B

例2、如图所示,竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=0.4T,一段长L=1m的通电直导线放在该磁场中,导线与水平方向的夹角=37°,导线中电流I=0.5A,则此导线所受安培力大小为_____________N.

解析:

  通电导线与磁场方向不垂直,我们不能直接应用导线与磁场垂直时安培力的公式F=BIL,但我们可以通过正交分解的办法,把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B1和平行的分量B2,B2与电流方向平行,对导线没有作用力,所以电流所受的作用力由B1决定,如图所示。

由三角形关系可知:B1=Bcosθ。

所以,导线所受的安培力为

F=B1IL=BILcosθ

=0.4×0.5×1.0×cos37°N

=0.16N

所以导线所受的安培力大小为0.16N.

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