题目
一矩形回路中通有恒定电流I,则其平行的两边之间相互作用力是()A. 排斥力B. 无法确定力的性质C. 吸引力D. 没有力的作用
一矩形回路中通有恒定电流I,则其平行的两边之间相互作用力是()
A. 排斥力
B. 无法确定力的性质
C. 吸引力
D. 没有力的作用
题目解答
答案
A. 排斥力
解析
本题考查知识点为安培力的计算以及平行电流间的相互作用。解题思路是先根据安培定则判断出矩形回路平行两边电流产生的磁场方向,再利用左手定则判断其中一边所受安培力的方向,从而确定两边之间的相互作用力性质。
设矩形回路的两条平行边分别为 $a$ 和 $b$,电流均为 $I$,两平行边间距为 $d$。
- 判断磁场方向:
- 根据安培定则,对于通电直导线,右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。
- 对于边 $a$ 产生的磁场,在边 $b$ 所在位置,磁场方向垂直于边 $b$ 且根据安培定则可确定其具体方向。
- 计算边 $b$ 所受安培力:
- 边 $a$ 在边 $b$ 处产生的磁感应强度大小为 $B = \frac{\mu_0I}{2\pi d}$(其中 $\mu_0$ 为真空磁导率)。
- 根据安培力公式 $F = BIL$($L$ 为边 $b$ 的长度),边 $b$ 所受安培力大小为 $F = \frac{\mu_0I^2L}{2\pi d}$。
- 判断安培力方向:
- 利用左手定则,伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
- 可以判断出边 $b$ 所受安培力方向是背离边 $a$ 的。
- 同理,边 $a$ 所受边 $b$ 产生磁场的安培力方向也是背离边 $b$ 的。
- 所以,矩形回路平行的两边之间相互作用力是排斥力。