例談高中物理磁場(chǎng)模型及解題應(yīng)用

摘 要：場(chǎng)是高中物理知識(shí)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，對(duì)磁場(chǎng)相關(guān)概念進(jìn)行充分的理解是解題的基礎(chǔ)。本文就對(duì)磁場(chǎng)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)述，進(jìn)而以實(shí)際例題為基礎(chǔ)詳細(xì)地闡述其在解題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理；磁場(chǎng)模型；解題思路

在高中物理中的磁場(chǎng)概念不是很復(fù)雜，我們?cè)谶M(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)候十分容易理解與區(qū)分，不過(guò)在對(duì)其中的磁感線進(jìn)行判斷的時(shí)候精準(zhǔn)性不夠，這樣就會(huì)導(dǎo)致我們?cè)诮忸}的時(shí)候出現(xiàn)失誤，在思路上出現(xiàn)混亂。因此，對(duì)高中物理中常見(jiàn)的磁場(chǎng)模型進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相關(guān)的解題方式對(duì)我們學(xué)習(xí)物理有一定幫助。

一、 磁場(chǎng)模型相關(guān)的知識(shí)概念

洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的作用力。電荷垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)形成作用力，計(jì)算公式是F=q（E+v×B），其中F是洛倫茲力，q是帶電粒子電荷量，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，v是帶電粒子速度，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。我們?cè)谟龅接嘘P(guān)洛倫茲力相關(guān)的題型時(shí)，有時(shí)候可以直接使用公式求解問(wèn)題。因?yàn)槁鍌惼澚Υ嬖诘奶攸c(diǎn)，在對(duì)這種力進(jìn)行考查的時(shí)候一般不是做功問(wèn)題，而是粒子空間運(yùn)動(dòng)軌跡以及變化中受力情況的問(wèn)題。在實(shí)際的例題解答中我們還可以發(fā)現(xiàn)，電荷加速器使用原理和洛倫茲力有著一定的聯(lián)系。在常見(jiàn)的題目中主要是考查重力場(chǎng)、電場(chǎng)以及磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)，帶電粒子運(yùn)動(dòng)情況。粒子運(yùn)動(dòng)方向的變化讓受力情況逐漸變化，但是其中依舊有規(guī)律可循。

二、 物理磁場(chǎng)模型在解題中的應(yīng)用

（一） 安培力相關(guān)的題目解析

例題1 如圖1所示，掛在天平底部的矩形線圈abcd一部分懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在給矩形線圈通入圖中的電流I的時(shí)候，調(diào)節(jié)兩盤(pán)中砝碼，讓天平呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。之后再讓電流I反向，這個(gè)時(shí)候要在天平左盤(pán)上方加質(zhì)量是2×10-2kg的砝碼，這樣才能夠讓天平再次平衡。根據(jù)已知條件求出磁場(chǎng)對(duì)bc邊作用力大小，若是矩形線圈一共10匝，通入電流I=0.1A，bc邊長(zhǎng)度是10 cm，求出磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

解析：依據(jù)安培力計(jì)算公式F=BIL可知，電流反向前后，磁場(chǎng)對(duì)bc邊作用力大小一樣，將其設(shè)為F，但經(jīng)由安培力中的左手定則可以知道其方向是相反的，電流反向前，磁場(chǎng)對(duì)bc邊作用力向上，電流反向后，磁場(chǎng)對(duì)bc邊的作用力向下，因此就有公式2F=2×10-2×10 N=0.2 N，進(jìn)而得到F=0.1 N。則磁場(chǎng)對(duì)b邊作用力大小為0.1 N，由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力是F=nBIL，所以B=FnIL=0.1 N10×0.1A×0.1m，所以B=1T。這道目的解答就充分地使用了安培力磁場(chǎng)模型相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，我們?cè)谟龅竭@種磁場(chǎng)模型類(lèi)的題目時(shí)，要首先對(duì)其模型的特點(diǎn)進(jìn)行分析，觀察其是安培力磁場(chǎng)模型還是洛倫茲力磁場(chǎng)模型。在根據(jù)相關(guān)的知識(shí)概念進(jìn)行分析之后確定題目具體的性質(zhì)，然后根據(jù)相關(guān)的公式和概念解答問(wèn)題即可，這道題性質(zhì)為安培力磁場(chǎng)模型，所以在解答問(wèn)題的時(shí)候就使用到其中的計(jì)算公式，計(jì)算公式是F=BILsinθ。

（二） 洛倫茲力相關(guān)題目解析

在高中物理相關(guān)的磁場(chǎng)題目中，遇到最多的就是復(fù)合場(chǎng)，即為重力、電場(chǎng)力洛倫茲力共存的電場(chǎng)。在帶電粒子受到的合外力是零的時(shí)候，其處于的狀態(tài)是勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。在帶電粒子受到的合力只是向心力的時(shí)候，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在帶電粒子受合力變化并且速度方向不在同一直線上時(shí)，粒子做非勻速曲線運(yùn)動(dòng)。就以下面這道題為例。

例題2 在空間同時(shí)存在相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)反向豎直向下。如圖2所示，一個(gè)帶電體A帶有負(fù)電，其電荷量是q1，恰能靜止于這個(gè)空間中的a點(diǎn)；另一帶電體B帶有負(fù)電，其電荷量是q2，正在過(guò)a點(diǎn)做豎直平面內(nèi)半徑是r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。然后AB在a外面碰撞并且黏合在一起，試分析之后的運(yùn)動(dòng)情況。

解析：對(duì)這道題進(jìn)行解答的時(shí)候，我們首先要設(shè)AB質(zhì)量是m1、m2，B速率是v，則電荷A：q1E=m1g，對(duì)電荷B，q2E=m2g，并且Bq2v=m2v2r，兩者相撞的時(shí)候系統(tǒng)動(dòng)量守恒，這樣就有m2v=（m1+m2）v′，并且這個(gè)時(shí)候總電荷量是q1+q2，總質(zhì)量是m1+m2，以此就能夠得出（q1+q2）E=（m1+m2）g，所以其會(huì)以速率為v′在豎直平面中進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)，之后就得到（q1+q2）v′=（m1+m2）v′2R。通過(guò)這個(gè)方程式就可以得到R=q2r/（q1+q2），這就是兩者在相撞之后共同進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的半徑。這道題的復(fù)合場(chǎng)現(xiàn)象是高中物理中常見(jiàn)的一種題目條件，我們對(duì)這種類(lèi)型的題目進(jìn)行解答的時(shí)候，需要仔細(xì)判斷題目中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的具體情況，這樣才能夠綜合實(shí)際條件來(lái)解答題目。

三、 結(jié)束語(yǔ)

磁場(chǎng)是高中物理知識(shí)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分。我們對(duì)這方面知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)候，需要將安培力與洛倫茲力相關(guān)的概念知識(shí)進(jìn)行深入的理解，進(jìn)而將其中的知識(shí)點(diǎn)使用在實(shí)際解題中，以此提升自己的解題效率。

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作者簡(jiǎn)介：

張洪嘉，河北省邯鄲市，河北省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三20班。endprint