理解安培力，正確解決抽象問題

呂吉昌

在高中物理教學(xué)中，安培力及其理解運用是一個非常抽象的問題，對于因抽象的磁場和電流之間產(chǎn)生的抽象的力的問題，學(xué)生就其本身就很難理解，如果要熟練運用并解決實際問題更是具有很大的難度，筆者針對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，就如何做好這部分知識的教學(xué)做一簡單的交流，以期和同行互相取長補短，不斷增強教學(xué)的實效性。

一、正確理解安培力及其做功

1.理解安培力

（1）安培力是磁場對電流的作用力

它與重力、彈力、摩擦力、電場力一樣，是一種性質(zhì)力。

（2）理解安培力公式

①L是通電導(dǎo)線在磁場中的有效長度，如圖所示，導(dǎo)線ACB中電流為I，則其受水平向右的安培力F=BILsinθ

②B與L垂直或其分量與L垂直，B并非一定是勻強磁場，但一定是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度

③θ是通電導(dǎo)線和磁場的夾角

2.安培力做功的特點和實質(zhì)

（1）重力、電場力做功與路徑無關(guān)，而安培力做功與路徑有關(guān)

（2）安培力做功的實質(zhì)

①安培力做正功

將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線，或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。

②安培力做負功

將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲存或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。

需要特別注意的是：在分析安培力是否存在的問題時，首先應(yīng)把立體圖改畫為易于分析的平面圖，如：側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等，然后借助于力學(xué)知識求解。

二、安培力問題常見的考試形式

1.題型一 安培定則的應(yīng)用及磁感應(yīng)強度的疊加

直線電流的磁場方向由安培定則確定，直線電流的磁場強弱與電流I的大小及位置有關(guān)。這類題的磁感應(yīng)強度的大小和方向往往具有“對稱性”，所以，結(jié)合電路的結(jié)構(gòu)特點，分析電流的大小關(guān)系，利用矢量合成原理分析磁感應(yīng)強度的大小和方向，充分利用“對稱性”常常是解這類題的關(guān)鍵。

2.題型二 安培力作用下導(dǎo)體的運動

判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動方向，清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況，然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動。

3.題型三 安培力作用下通電導(dǎo)體平衡與加速問題分析

（1）解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題，關(guān)鍵是受力分析，只不過比純力學(xué)中的平衡問題要多考慮一個安培力

（2）畫好輔助圖（如：斜面），標(biāo)明輔助方向（如：B的方向、I的方向等）是畫好受力分析圖的關(guān)鍵

（3）由于安培力、電流I、磁感應(yīng)強度B的方向之間涉及三維空間，所以，在受力分析時要善于把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖

三、常見錯誤分析

1.基本概念、規(guī)律掌握不牢

等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一根長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，三根導(dǎo)線均通有大小不變的恒定電流，方向均垂直于紙面向里，如圖所示.已知Ia>Ib，則過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向可能是（ ）

A.F1 B.F2 C.F3 D.F4

正解：由安培定則可知，通電導(dǎo)線a在導(dǎo)線c處所產(chǎn)生的磁場方向與a、c連線垂直，并偏離PQ指向左下方，導(dǎo)線b在導(dǎo)線c處所產(chǎn)生的磁場方向與b、c連線垂直，并偏離PQ指向右下方。由于Ia>Ib，所以導(dǎo)線c處的合磁場方向并不在直線PQ上，而是介于PQ和b、c連線之間。所以，由左手定則可知，導(dǎo)線c所受安培力的方向可能是F4。答案為D。

小結(jié)：磁感應(yīng)強度的疊加規(guī)律和電場強度的疊加規(guī)律相似，但是，電荷在電場中所受靜電力與電流在磁場中所受安培力規(guī)律不同，電荷在電場中所受靜電力方向與電場強度方向在同一直線上，只需分清電荷的正負，而安培力方向要用左手定則來判斷。

2.不能準(zhǔn)確地理解靜摩擦力和滑動摩擦力兩個概念而出錯

質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，如圖所示，已知導(dǎo)體與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，在題圖所加各種磁場中，導(dǎo)體均靜止，則導(dǎo)體與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是

（ ）

正解：要使靜摩擦力為零，如果FN=0，必有Ff=0。B選項題圖中安培力的方向豎直向上與重力的方向相反可能使FN=0。B是正確的；如果FN≠0，則導(dǎo)體除受靜摩擦力Ff以外的其他力的合力只要為零，那么Ff=0在選項中，導(dǎo)體所受到的重力G。支持力FN及安培力F安三力合力可能為零，則導(dǎo)體所受靜摩擦力可能為零。C、D選項中，從導(dǎo)體所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力的方向分析，合力不可能為零，所以，導(dǎo)體所受靜摩擦力不可能為零，故正確的選項應(yīng)為A、B。

小結(jié)：本題是一道概念性極強的題，又是一道力學(xué)與電學(xué)知識交叉的綜合試題，摩擦力有靜摩擦力與滑動摩擦力兩種。判斷它們的區(qū)別的前提是兩個相互接觸的物體有沒有相對運動或相對運動趨勢。力學(xué)中的概念的準(zhǔn)確與否影響電學(xué)的學(xué)習(xí)成績。

從以上分析不難看出，在我們的教學(xué)過程中如果能夠再運用一些合適的現(xiàn)代教育技術(shù)手段，把抽象的問題直觀化，多一些相應(yīng)的訓(xùn)練，可達到事半功倍的效果。

（作者單位 西藏自治區(qū)日喀則地區(qū)上海實驗學(xué)校）