乌鲁木齐市第101中学 831400
高中物理选修3-2中的安培力在平衡问题，临界问题和安培力的方向判断问题中有重要的应用，如何判断安培力的方向？ 一般常用以下三种方法：
1.电流元受力分析法：即把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元受到安培力方向，从而判断出整段电流所受合力方向最后确定运动方向。
2.等效分析法：环形电流可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效为环形电流，通电螺线管可等效成很多环形电流分析
3.推论分析法：（1）两电流相互平行时无转动趋势，方向相同相互吸引，方向相反相互排斥；（2）两电流不平行时有转动到相互平行且方向相同的趋势。（求同趋近，同吸反斥）
例题1：如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流时（电流由A指向B），从上往下看关于导线的运动情况正确的是（）
A．顺时针方向转动，同时下降
B．顺时针方向转动，同时上升
C．逆时针方向转动，同时下降
D．逆时针方向转动，同时上升
解析：（1）电流元受力分析法：把直线电流等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如下图所示，可见，导线将逆时针转动（2）推论分析法：用导线转过90°的特殊位置（如上图的虚线位置）来分析，判得安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动，所以C答案正确。
缺点：这种方法解决问题过程复杂，转换过于繁琐，学生理解和掌握起来比较有难度。下面我们可以用等效法结合推论分析法就可以轻而易举解决当前的问题：
1.等效法：马蹄形磁铁等效为通电直导线：
解析：（1）画出马蹄形磁铁上过通电直导线的磁感线并标明磁感线方向，该磁感线的形状可等效为通电直导线的圆形磁感线，如图乙所示；（2）根据安培定则判定通电直导线中的电流方向如图丙；（3）推论分析法：根据规律寻求同向并同向吸引，反向排斥的规律即可判定答案C正确
例题2：(单选)如图所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外、S极向纸内转动
D．N极向纸内、S极向纸外转动
解析：（1）等效法：画出马蹄形磁铁上过通电直导线的磁感线并标明方向，该磁感线的形状可等效为通电直导线的圆形磁感线，如图乙所示；（2）根据安培定则判定通电直导线中的电流方向如图丙；（3）推论分析法：根据规律寻求同向并同向吸引，反向排斥的规律判定答案C正确
2.等效法：条形磁铁等效为通电直导线：
例题3：如右图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其中正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，现给导线通一垂直纸面向外的电流，则（ ）
A．磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B．磁铁对桌面的压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C．磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用
D．磁铁对桌面的压力增大，受到桌面的摩擦力作用
解析：（1）等效法：画出条形磁铁上过通电直导线的磁感线并标明磁感线方向，该磁感线的形状可等效为通电直导线的圆形磁感线，如图乙所示；（2）根据安培定则判定通电直导线中的电流方向如图丙；（3）推论分析法：根据规律同向吸引，反向排斥的规律可判定答案A正确
例题4：如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为FN1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为FN2，则以下说法正确的是()
A．弹簧长度将变长 B．弹簧长度将变短
C．FN1>FN2 D．FN1<FN2
解析：（1）等效法：画出条形磁铁上过通电直导线的磁感线并标明方向，该磁感线的形状可等效为通电直导线的圆形磁感线，如图乙所示；（2）根据安培定则判定通电直导线中的电流方向如图丙；（3）推论分析法：根据规律同向吸引，反向排斥的规律可判定答案BC正确
同学们可以用上述的等效法和推论分析法尝试解决下列两个练习。
练习：1.一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况为()
A．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管
B．从上向下看顺时针转动并远离螺线管
C．从上向下看逆时针转动并远离螺线管
D．从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 答案：D
2.如图所示，两个相同的条形磁铁放在水平木板AB上的同一直线上，两磁铁的N极相对，木板和磁铁均处于静止状态。现在两磁铁竖直对称轴上方C点处放一垂直于纸面的长直导线，并通以垂直纸面向里的恒定电流，磁铁仍处于静止，则下列说法正确的是（ ）
A.导线受到的安培力竖直向上
B.导线受到的安培力竖直向下
C.木板受到的地面的摩擦力向右
D.木板受到的地面的摩擦力等于零：答案：C
等效法是科学思维的基本方法之一，它是在保持对研究问题具有相同效果的前提下，通过对物理模型或过程的变换，将复杂的实际问题转化为简单的理想问题来研究的思维方法。如果教师在教学时能引导学生在形成物理概念、解答物理习题过程中运用等效法，使学生明确在分析和解答物理问题时，一般需要将生活语言转化为物理语言，精炼成数学语言；需要将复杂的问题通过等效法，提炼，简化，找出问题的本质，学生就会在学习中逐渐尝试用等效法开创性地解决问题。等效思维具有一定的灵活性和技巧性，必须在认真分析物理特征的基础上，进行合适的等效变换，才能获得简捷的求解方法。
论文作者:许开兵
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年第09期
论文发表时间:2019/10/31
标签：导线论文; 磁铁论文; 电流论文; 安培力论文; 方向论文; 螺线管论文; 条形论文; 《教育学文摘》2019年第09期论文;