素材-全国-2008_高中物理发表稿.rar

磁体、“通导”的“等效互换”及其相互作用—’08备考综合热身辅导系列山东平原一中魏德田253100在电磁学中，常常遇到“磁体与磁体”、“磁体与通导”、“通导与通导”等之间相互作用问题，这种作用将导致它们发生形变、运动或运动状态的改变。笔者拟于本文中，利用“磁体”与“通导”的等效代换思想，对分析和解决此类问题作一些初步探讨。一、“磁体”和“通导”等效互换的基础我们知道，不管是直线电流、环形电流、螺线电流，还是电荷的高速运动形成的“等效电流”，都可以在其周围的空间激发起磁场，即电流都能产生磁场（其磁感线方向皆由安培定则判定）。换言之，“通导”可等效为“磁体”。反过来，一切磁现象都有共同的起源——即电荷的运动，是谓此现象的电本质。包括天然、人造磁体的磁场在内，都是由电荷的运动产生的。按安培分子环流说，磁体之所以具有磁性，根本原因在于其中大量的极小的分子电流——“分子环流”，而磁体亦可视为一个大的“环形电流”。换言之，“磁体”可等效为“通导”。基于此，我们在定性讨论“磁体”和“通导”之间的相互作用时，可以把两者等效互换。二、“等效互换”和“相互作用”的规律㈠“磁体”、“通导”等效互换的基本原则⑴“通电圆环”可代换为“小磁针”或“条形磁铁”；“小磁针”或“条形磁铁”也可代换为“通电圆环”，如图—1所示。⑵“通电线圈”可视为多个“通电圆环”的串联组合。⑶“通电圆环”的各个“元段”均可视为“通电直导线”；反之，当“两通电直导线”平行或垂直时，亦可把其分别视为极大的“通电圆环”的一个“元段”，图—2所示。⑷定向运动的“带电粒子”可视为“无形通电导线”。带正电粒子运动方向可作为“等效电流”方向；带负电粒子运动方向则与“等效电流”的方向相反。㈡“磁体”、“通导”等相互作用规律（定性）⑴研究“通电直导线”的受力，一般多用“左手定则”，在本文中却另作别论。⑵“磁体”与“磁体”：同名磁极相互推斥，异名磁极相互吸引，即“同性相斥，异性相吸”——八字诀。⑶“通导”与“通导”：同向电流相互吸引，异向电流相互推斥，即“同向相吸，异向相斥”——八字决。⑷“通导”与“磁体”：先根据如前所述规律对其实施等效代换，变为同类物体后，再按以上两条处理。三、解题示例[例题1]（高考模拟）如图—1所示，正三角形线框ABC中通有逆时针的电流，若施以水平向右的匀强磁场，则（）以底边BC为轴转动，A向纸外以AG为轴，在纸面内逆时针转动以中线AM为轴，俯视则逆时针转动受合力为零，故不转动[解析]若按等效互换规律之⑴，可把通电正三角形“回路”视为N极向外的“小磁针”。由于“小磁针”则N极受力方向与磁场方向相同，因而正三角形线框只能“以中线AM为轴在纸面内逆时针转动”。故本例答案为：C。图—2图—3[点拨]我们已经知道，在“通导”与“磁体”的相互作用这一点上，两者可以“等效互换”，即“通电回路”可作为“小磁针”对待。反过来，磁体亦可作为通电回路，即使直线电流也不例外（详见前文）。否则，用分别求各边所受安培力的方法解决，则麻烦得多。[例题2]（’05上海）通电直导线A与圆形通电导线环B定放置在同一水平面上，通有如图—2所示的电流，通电直导线A受到水平向___________的安培力作用。当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向___________。[解析]首先，“等效代换”的规律⑶，我们可把这个“通电直导线”均视为半径很大“通电圆环”，如图—3所示。从而，再由“等效代换”的规律⑴可知，它们可视为为两个并列、磁极同性的“条形磁铁”。最后，根据“相互作用”规律⑴，可知彼此相互推斥，故第一问答案为：右。然后，当“同时改变方向”时，同理可得相同答案：右。[点拨]若通电圆环位置不变，而竖直的通电直导线与通电圆环不在同一竖直平面内，则通电直导线将受到水平而非正像有的推斥力作用。请细心的读者再看下面的一道例题。[例题3]（’07石家庄）如图—4（左）所示，条形磁铁放在光滑斜面上（斜面固定不动），用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A-为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时，磁铁对斜面的压力为F1；当导线中有电流时，磁铁对斜面的压力为F2，此时弹簧的伸长量减小，则（）A.，A中电流方向向外B.,A中电流方向向内C.，A中电流方向向外D.,A中电流方向向内图——4[解析]首先，由通电后“弹簧的伸长量减小”，可知弹簧对磁铁的拉力比前减小了；由此推知磁铁只能受向右下的推力F/,而非向左上的拉力。即“通电直线”与条形磁铁必定是相互推斥的，如图—4（中）所示。由图可见，F/的存在必定增加磁铁对斜面的压力，因而容易判断F1＜F2。然后，依牛三定律可知，通电直线A所受的安培力向左上。再由左手定则可得其中电流方向垂直于纸面向内或者，如图—4（右）所示，把“条形磁铁”视为“通电圆环