磁场中通电导线受力方向判定方法的改进

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  高中物理对电流产生磁场的判断使用安培定则,也叫右手定则,对磁场中通电导线受力方向的判定,使用左手定则,对磁场中运动导线的感应电流方向的判定,使用右手定则;在不同情况下使用的判定方法不同,给记忆和理解造成了一定难度.在三种判定方法中,磁场中通电导线受力方向的判定使用左手定则,对磁场中通电导线受力方向的判定是否可以使用右手定则?答案是肯定的,而且使用起来更方便.
  1通电导线受力公式
  在高中电磁学部分,磁场中通电导线的受力公式为:F=ILB,其中电流I的方向与磁感应强度B的方向垂直;当电流I的方向与磁感应强度B的夹角为θ时,受力公式为:F=ILBsinθ.F的方向用左手定则判定.
  2向量叉积
  在高中数学空间向量部分,关于向量的叉积,有以下结论:
  给定两个不共线的空间向量a、b,它们的叉积是满足下列条件的向量c:
  (1)c同时垂直于a和b;
  (2)a,b,c构成右手系;
  (3)|c|=|a||b|sin
  表示为:c=a×b
  大小为:|a||b|sinθ,θ表示a和b之间的角度(0°≤θ≤180°)
  方向为:当右手的四指从a以不超过180度的转角转向b时,竖起的大拇指指向是c的方向,如图1所示.
  3判定方法改进
  对比|c|=|a||b|sin和F=ILBsinθ,则有F=(IL)×B,IL看做一个向量,大小为I和L大小的乘积,方向为电流I的方向,所以F的方向可以使用右手定则判定.此又称为右手螺旋定则,以之区别.
  改进后的磁场中通电导线受力方向判定的右手定则,描述如下:
  伸出右手,大拇指方向与四指方向垂直,四指从I方向,以不超过180度的转角转向B,则大拇指方向为通电导线受力方向.
  同理,带电粒子在磁场中运动所受的洛伦兹力为:F=qvBsinθ,也可表示为F=qv×B,同样适用于改进后的右手定则.
  判定方法改进后有以下优点:
  (1)电磁学中的判定规则,统一为右手定则,避免了使用判定定则的错误和混乱;
  (2)受力公式用向量的叉积表示,更有利于物理实质的理解,避免了对公式的死记硬背;
  (3)在手法操作上比左手定则更方便.
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