理解安培力，正確解決抽象問題

呂吉昌

在高中物理教學中，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生的抽象的力的問題，學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，筆者針對學生的學習狀況，就如何做好這部分知識的教學做一簡單的交流，以期和同行互相取長補短，不斷增強教學的實效性。

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，是一種性質力。

（2）理解安培力公式

①L是通電導線在磁場中的有效長度，如圖所示，導線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，但一定是導線所在處的磁感應強度

③θ是通電導線和磁場的夾角

2.安培力做功的特點和實質

（1）重力、電場力做功與路徑無關，而安培力做功與路徑有關

（2）安培力做功的實質

①安培力做正功

將電源的能量傳遞給通電導線，或轉化為導線的動能或轉化為其他形式的能。

②安培力做負功

將其他形式的能轉化為電能后或儲存或轉化為其他形式的能。

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

二、安培力問題常見的考試形式

1.題型一 安培定則的應用及磁感應強度的疊加

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。這類題的磁感應強度的大小和方向往往具有“對稱性”，所以，結合電路的結構特點，分析電流的大小關系，利用矢量合成原理分析磁感應強度的大小和方向，充分利用“對稱性”常常是解這類題的關鍵。

2.題型二 安培力作用下導體的運動

判斷通電導體在安培力作用下的運動方向，清楚導線所在位置的磁場分布情況，然后結合左手定則準確判斷導線的受力情況或將要發生的運動。

3.題型三 安培力作用下通電導體平衡與加速問題分析

（1）解決有關通電導體在磁場中的平衡問題，關鍵是受力分析，只不過比純力學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鍵

（3）由于安培力、電流I、磁感應強度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化成平面圖

三、常見錯誤分析

1.基本概念、規律掌握不牢

等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一根長直導線垂直穿過紙面，三根導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，通電導線a在導線c處所產生的磁場方向與a、c連線垂直，并偏離PQ指向左下方，導線b在導線c處所產生的磁場方向與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，導線c所受安培力的方向可能是F4。答案為D。

小結：磁感應強度的疊加規律和電場強度的疊加規律相似，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.不能準確地理解靜摩擦力和滑動摩擦力兩個概念而出錯

質量為m的通電導體棒ab置于傾角為θ的導軌上，如圖所示，已知導體與導軌間的動摩擦因數為μ，在題圖所加各種磁場中，導體均靜止，則導體與導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，則導體所受靜摩擦力可能為零。C、D選項中，從導體所受到的重力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，導體所受靜摩擦力不可能為零，故正確的選項應為A、B。

小結：本題是一道概念性極強的題，又是一道力學與電學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。力學中的概念的準確與否影響電學的學習成績。

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

（作者單位 西藏自治區日喀則地區上海實驗學校）