物理磁場類易錯題的分析

◎劉良棟

物理磁場類易錯題的分析

◎劉良棟

磁場涉及到多個方向的判定，學生對這種判定認識不清，就會對解答此類問題造成影響。為給高中生學習這方面內容提供幫助，本文就磁場中涉及到的概念及易錯題型做簡要闡述。

對于高中生來說，物理的概念相對清晰，但是在解決物理問題時就有畏難情緒。要學好高中物理磁場一節的內容，就必須要先對這部分內容的概念有清晰認識，通過自己的理解和認識，進行物理問題的解答。如此一來，才能夠達到學好物理的目的。

物理磁場涉及的概念

安培力和洛倫茲力。對于磁場的強弱和方向，用一個矢量來表示它，這個矢量就是磁感應強度，單位T。

在磁場當中，一般由帶電粒子在磁場當中的運動進行出題，這部分題主要牽涉到兩個力和兩個力方向的判斷。

安培力計算公式：F=BIL（B表示磁感應強度，F是安培力，I是電流強度、L是導線長度，注意計算過程當中導線要與磁場成垂直關系）。

洛倫茲力計算公式：F=qvB，q為帶電粒子的電量，B為磁場強度，v是粒子速度。

安培力的方向：左手定則。左手手掌打開，四指并攏，大拇指與四指垂直。磁場方向指向手心，四指指向電流方向，大拇指指向安培力的方向。

洛倫茲力方向：左手螺旋定則，磁感線方向指向手心，正電荷運動方向為四指指向，大拇指方向即洛倫茲力方向。

此外感應電動勢的計算公式還有：E=BLv，L為切割的有效長度。

切割磁場交流電能夠達到的最大值：Emax=nBSω。

磁通量的計算：Φ=BS，S為磁場穿過的正對面積。

楞次定律：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流磁通量的變化。

交變電流的磁場。電壓瞬時值：e=Emaxsinωt；電流瞬時值：i=Imaxsinωt

磁場類易錯題分析

安培力、洛倫茲力易錯例題。例題：如圖1，一個帶有逆時針方向電流I’的長方形導體線圈，在一根恒定電流I的導線右側靜止，線圈的長邊與導線平行，先使系統開始運轉，線圈的運動狀態將會怎樣？

圖1

錯解：線圈和導線將會產生兩個磁場，導線右側的磁場為從外穿過線圈向里，和一個N極針對矩形線圈向里的條形磁鐵等效，又通電線圈是環形電流，根據右手螺旋定則，磁極的方向在S極，S極將會受到N極的吸引。因此，矩形線圈就會垂直于直面向外進行加速。

分析原因：條形磁鐵的磁極和磁場不能夠和直流電流形成的磁場等效，直流電流形成的磁場是一組以導線為圓心的圓構成，沒有磁鐵所謂的南北極之分。

正解：用右手螺旋定則對線框所處位置的導線直流電流磁感線進行分析，可以得到磁感線方向，磁感線越靠近電流越密集，越遠離電流越稀疏。根據左手定則，可以判斷線框各個邊所受安培力的方向，在對各個方向上的力的大小進行分析，最終可以確定線框將向著導線靠攏。

磁通量易錯例題。例題：如圖2，有扁平的條形磁鐵，現在水平放置，一個線框在磁鐵左端正上方，線框平面垂直于磁鐵，當這個線框從磁鐵左端正上方水平移動至磁鐵右端正上方的過程中，穿過它的磁通量變化應該是（ ）。

A.先增大后減小 B.始終增大 C.先減小后增大 D.始終減小

圖2

錯解：條形磁鐵最強的磁性在磁鐵兩端，即磁性應該是先減少，后增多。根據公式Φ=BS，S是線框的面積，是不變的，因為B是先減少，后增多，所以Φ也是先減少，后增多，答案是C。

分析原因：沒有搞清楚磁場的分布情況究竟怎樣，只是將公式Φ=BS進行生搬硬套，僅僅通過條形磁鐵的兩次磁感應強度比中間部分磁感應強度大，就判斷線框穿過的磁通量的變化。

正解：將磁感線的分布情況規范畫出，根據圖示進行判定。如圖3。

圖3

小結：磁通量的計算公式中的S，是磁感線與S相垂直，才能夠用于計算，故不能夠按照錯解，磁性強度增大，磁通量的多少就增大。要對磁場進行形象化的認識，對磁通量的公式進行有效的理解。

交變電壓附近磁場例題

例題，對螺線系統通上交流電，通電后，使一個電子從螺線管軸線從左向右運動，這個電子在螺線管內的運動模式可能是（ ）。

A.加速直線運動 B.勻速直線運動 C.變加速直線運動 D.簡諧運動

錯解：1.通電以后螺線管內會產生磁場，電子受到磁場力作用，速度會增大，因此選A。

2.交流電壓產生后螺線管內產生周期性磁場，電子的運動將受到磁場力作用，也做周期性運動，選D。

分析原因：兩種解題的辦法都是對帶電粒子在磁場中的運動理解不清，沒有記住洛倫茲力的適用條件就盲目使用，造成解題誤區。在磁場內的電子，運動方向與磁場方向相同或相反時，不會受到洛倫茲力。

正解：交流電壓產生后，螺線管內是大小、方向發生周期性變化的磁場，磁場方向始終平行于電子運動方向，故電子不會受到洛倫茲力，電子在穿過螺線管的過程當中將做勻速直線運動，故選B。

物理磁場是對思維能力、計算能力的全方位考查，不僅需要靈活運用公式，還需要對公式的運用條件加以理解，對公式應該怎樣計算予以把握，才能夠達到理想目的。

（作者單位：湖南廣益實驗中學）