例談高中物理磁場模型及解題應用

摘 要：場是高中物理知識結構中的關鍵構成部分，對磁場相關概念進行充分的理解是解題的基礎。本文就對磁場相關的知識進行簡述，進而以實際例題為基礎詳細地闡述其在解題中的應用。

關鍵詞：高中物理；磁場模型；解題思路

在高中物理中的磁場概念不是很復雜，我們在進行學習的時候十分容易理解與區分，不過在對其中的磁感線進行判斷的時候精準性不夠，這樣就會導致我們在解題的時候出現失誤，在思路上出現混亂。因此，對高中物理中常見的磁場模型進行分析，進而提出相關的解題方式對我們學習物理有一定幫助。

一、 磁場模型相關的知識概念

洛倫茲力是磁場對運動電荷產生的作用力。電荷垂直于磁場方向進行運動的時候，會形成作用力，計算公式是F=q（E+v×B），其中F是洛倫茲力，q是帶電粒子電荷量，E為電場強度，v是帶電粒子速度，B是磁感應強度。我們在遇到有關洛倫茲力相關的題型時，有時候可以直接使用公式求解問題。因為洛倫茲力存在的特點，在對這種力進行考查的時候一般不是做功問題，而是粒子空間運動軌跡以及變化中受力情況的問題。在實際的例題解答中我們還可以發現，電荷加速器使用原理和洛倫茲力有著一定的聯系。在常見的題目中主要是考查重力場、電場以及磁場同時存在時，帶電粒子運動情況。粒子運動方向的變化讓受力情況逐漸變化，但是其中依舊有規律可循。

二、 物理磁場模型在解題中的應用

（一） 安培力相關的題目解析

例題1 如圖1所示，掛在天平底部的矩形線圈abcd一部分懸掛在勻強磁場中，在給矩形線圈通入圖中的電流I的時候，調節兩盤中砝碼，讓天平呈現平衡狀態。之后再讓電流I反向，這個時候要在天平左盤上方加質量是2×10-2kg的砝碼，這樣才能夠讓天平再次平衡。根據已知條件求出磁場對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邊長度是10 cm，求出磁場的磁感應強度。

解析：依據安培力計算公式F=BIL可知，電流反向前后，磁場對bc邊作用力大小一樣，將其設為F，但經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，磁場對bc邊作用力向上，電流反向后，磁場對bc邊的作用力向下，因此就有公式2F=2×10-2×10 N=0.2 N，進而得到F=0.1 N。則磁場對b邊作用力大小為0.1 N，由于磁場對電流的作用力是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模型相關的知識點，我們在遇到這種磁場模型類的題目時，要首先對其模型的特點進行分析，觀察其是安培力磁場模型還是洛倫茲力磁場模型。在根據相關的知識概念進行分析之后確定題目具體的性質，然后根據相關的公式和概念解答問題即可，這道題性質為安培力磁場模型，所以在解答問題的時候就使用到其中的計算公式，計算公式是F=BILsinθ。

（二） 洛倫茲力相關題目解析

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

例題2 在空間同時存在相互正交的勻強電場與勻強磁場，電場反向豎直向下。如圖2所示，一個帶電體A帶有負電，其電荷量是q1，恰能靜止于這個空間中的a點；另一帶電體B帶有負電，其電荷量是q2，正在過a點做豎直平面內半徑是r的勻速圓周運動。然后AB在a外面碰撞并且黏合在一起，試分析之后的運動情況。

解析：對這道題進行解答的時候，我們首先要設AB質量是m1、m2，B速率是v，則電荷A：q1E=m1g，對電荷B，q2E=m2g，并且Bq2v=m2v2r，兩者相撞的時候系統動量守恒，這樣就有m2v=（m1+m2）v′，并且這個時候總電荷量是q1+q2，總質量是m1+m2，以此就能夠得出（q1+q2）E=（m1+m2）g，所以其會以速率為v′在豎直平面中進行勻速圓周運動，之后就得到（q1+q2）v′=（m1+m2）v′2R。通過這個方程式就可以得到R=q2r/（q1+q2），這就是兩者在相撞之后共同進行運動的半徑。這道題的復合場現象是高中物理中常見的一種題目條件，我們對這種類型的題目進行解答的時候，需要仔細判斷題目中物質運動的具體情況，這樣才能夠綜合實際條件來解答題目。

三、 結束語

磁場是高中物理知識結構中的關鍵組成部分。我們對這方面知識進行學習的時候，需要將安培力與洛倫茲力相關的概念知識進行深入的理解，進而將其中的知識點使用在實際解題中，以此提升自己的解題效率。

參考文獻：

[1]丁東進.例談高中物理磁場模型及解題應用[J].中學生數理化：學研版，2017（3）：17.

[2]李加莊.安培力及其做功的微觀剖析[J].中學理科園地，2017，13（2）：17-18.

作者簡介：

張洪嘉，河北省邯鄲市，河北省實驗中學高三20班。endprint