整合磁場(chǎng)要點(diǎn) 提高備考效率

■河南省平頂山市第一中學(xué) 杜紅濤

整合磁場(chǎng)要點(diǎn) 提高備考效率

■河南省平頂山市第一中學(xué) 杜紅濤

一、磁場(chǎng)的基本概念

2.磁感線：在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些有方向的假想曲線,使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致,用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)。

(1)常見(jiàn)磁體的磁場(chǎng)如圖1所示。

圖1

(2)常見(jiàn)電流的磁場(chǎng)如圖2所示。

圖2

3.安培力：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力叫安培力。當(dāng)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)線方向垂直時(shí),安培力F=BIL;當(dāng)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)線方向平行時(shí),安培力F=0;當(dāng)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)線方向成θ角時(shí),安培力F=BILsinθ。安培力的方向由左手定則判斷,即伸開(kāi)左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi),讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。

4.洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力叫洛倫茲力。當(dāng)v∥B時(shí),洛倫茲力F=0(θ=0或180°);當(dāng)v⊥B時(shí),洛倫茲力F=qvB(θ=90°);當(dāng)v=0時(shí),洛倫茲力F=0。洛倫茲力的方向由左手定則判斷,即伸開(kāi)左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi),讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。

二、常考問(wèn)題的求解策略

1.求解磁感應(yīng)強(qiáng)度問(wèn)題需要注意三個(gè)要點(diǎn)：第一,磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定;第二,合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和,即滿足平行四邊形定則;第三,判斷直線電流的磁場(chǎng)方向可以用安培定則(又叫右手螺旋定則),即右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。

圖3

例1 已知地磁場(chǎng)的水平分量為B,利用這一值可以測(cè)定某一弱磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖3所示為測(cè)定通電線圈中央一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)方法：①將未通電線圈平面固定于南北方向豎直平面內(nèi),中央放置的一枚小磁針N極指向北方;②給線圈通電,此時(shí)小磁針N極指向北偏東θ(圖中未標(biāo)出)角后靜止。則線圈中電流方向(由東向西看)及線圈中電流在線圈中央的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為( )。

A.順時(shí)針,BsinθB.逆時(shí)針,Btanθ

圖4

解析：兩個(gè)分磁場(chǎng)與合磁場(chǎng)的關(guān)系如圖4所示。根據(jù)安培定則可知,環(huán)形電流產(chǎn)生向東的磁場(chǎng),線圈中電流方向(由東向西看)應(yīng)該沿逆時(shí)針?lè)较颉Ｒ驗(yàn)榈卮艌?chǎng)的

2.定性判斷通電導(dǎo)線在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向可以采用電流元分析法、特殊位置分析法、推論分析法、等效分析法等。

圖5

例2 如圖5所示是某同學(xué)自制的電流表原理圖,質(zhì)量為m的均勻細(xì)金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連,彈簧的勁度系數(shù)為k,在邊長(zhǎng)a b=L1,b c=L2的矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外。金屬桿的右端連接一絕緣輕指針,可指示出標(biāo)尺上的刻度,金屬桿的長(zhǎng)度大于L1。當(dāng)金屬桿中沒(méi)有電流通過(guò)且靜止時(shí),它與a b邊重合,且指針指在標(biāo)尺的零刻度;當(dāng)金屬桿中有電流時(shí),指針示數(shù)可表示電流的大小。金屬桿始終在紙面內(nèi)且保持水平,重力加速度為g,則( )。

A.要使電流表正常工作,金屬桿中的電流方向應(yīng)從M至N

B.當(dāng)電流表的示數(shù)為零時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量為零

D.電流表的刻度在0～I(xiàn)max范圍內(nèi)是不均勻的

3.求解洛倫茲力問(wèn)題需要注意洛倫茲力的五個(gè)特點(diǎn)：(1)洛倫茲力的方向總是垂直于由運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面;(2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí),洛倫茲力的方向也隨之變化;(3)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中不一定受洛倫茲力的作用;(4)根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí),一定要區(qū)分正、負(fù)電荷;(5)洛倫茲力對(duì)帶電粒子一定不做功。

圖6

例3 如圖6所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下,磁場(chǎng)中有一光滑的水平桌面,在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有一帶電小球的試管。在水平拉力F的作用下,試管向右勻速運(yùn)動(dòng),小球能從試管口處飛出,則( )。

A.小球帶正電

B.小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條拋物線

C.洛倫茲力對(duì)小球做正功

D.維持試管做勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)逐漸增大

解析：由左手定則判斷知小球帶正電,選項(xiàng)A正確。洛倫茲力與小球的速度方向總垂直,對(duì)小球不做功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。洛倫茲力在拉力F反方向上的分量逐漸增大,故維持試管做勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)逐漸增大,選項(xiàng)D正確。沿試管運(yùn)動(dòng)方向洛倫茲力的分量不變,小球沿試管運(yùn)動(dòng)方向做勻加速運(yùn)動(dòng),同時(shí)小球沿試管做勻加速運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡為一條拋物線,選項(xiàng)B正確。答案為ABD。

跟蹤訓(xùn)練

圖7

1.如圖7所示,區(qū)域Ⅰ內(nèi)有與水平方向成45°角的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1,區(qū)域?qū)挾葹閐1,區(qū)域Ⅱ內(nèi)有正交的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E2,區(qū)域?qū)挾葹閐2,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,電場(chǎng)E2方向豎直向下。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒從區(qū)域Ⅰ左邊界的P點(diǎn),由靜止釋放后水平向右做直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),從區(qū)域Ⅱ右邊界上的Q點(diǎn)穿出,其速度方向改變了60°,重力加速度為g。求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E1、E2的大小,以及勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

2.如圖8所示,一弓形線圈通以逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?在其圓弧的圓心處,垂直于紙面放置一直導(dǎo)線,當(dāng)直導(dǎo)線中通有垂直于紙面向內(nèi)的電流時(shí),線圈將( )。

圖8

A.a端向紙內(nèi),b端向紙外轉(zhuǎn)動(dòng),且靠近導(dǎo)線

B.a端向紙內(nèi),b端向紙外轉(zhuǎn)動(dòng),且遠(yuǎn)離導(dǎo)線

C.a端向紙外,b端向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),且靠近導(dǎo)線

D.a端向紙外,b端向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),且遠(yuǎn)離導(dǎo)線

3.帶電荷量為+q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),下面說(shuō)法中正確的是( )。

A.只要速度大小相同,所受洛倫茲力就相同

B.如果把+q改為-q,且速度反向大小不變,則洛倫茲力的大小和方向均不變

C.洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直,磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直

D.粒子只受到洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、動(dòng)量均不變

(責(zé)任編輯 張巧)