高考疑點(diǎn)解析(磁場)

高考疑點(diǎn)解析(磁場)

磁場

復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1.掌握磁場、磁場、磁性、磁極等概念、了解磁場的力特性，掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度概念，

并理解其物理意義

2.了解奧斯特實(shí)驗(yàn)，掌握電流的磁場及安培定則。

3.了解典型磁場的磁感線分布情況，了解地磁場分布特征。

4.了解磁場材料，理解分子電流假說，掌握磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。

5.掌握安培力大小的計(jì)算及判斷安培力方向的左手定則，理解磁電式電表的工作原

理。

6.掌握洛侖茲力，掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

7.了解速度選擇器，質(zhì)譜儀，回旋加速器的工作原理。

二、難點(diǎn)剖析

1.磁場及特性

和電場一樣，磁場是一種以特殊形態(tài)——場的形態(tài)——存在著的物質(zhì)：和電場不一樣，

電場是存在于電荷或帶電體周圍的物質(zhì)，而磁場的場源則可以是如下三種特殊物體之一：

①磁體，②電流，③運(yùn)動(dòng)電荷，此三種磁場的場源都可以歸結(jié)為同一種類型——運(yùn)動(dòng)電

荷。作為一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，磁場應(yīng)具備各種特性，物理學(xué)最為關(guān)心的是所謂的力的

特性，即：磁場能對處在磁場中的磁極、電流及運(yùn)動(dòng)電荷施加力的作用。

為了量化磁場的力特性，我們引入磁感強(qiáng)度的概念，其定義方式為：取檢驗(yàn)電流，長為

1,電流強(qiáng)度為I,并將其垂直于磁場放置，若所受到的磁場力大小為F,則電流所在處的

磁感強(qiáng)度為

B=F/(I1).

而對B的形象描繪是用磁感線：疏密反映B的大小，切線方向描繪了B的方向。

2.磁場的作用規(guī)律

(1)磁場對磁極的作用。

N(S)極處在磁場中，所受到的磁場力方向與磁極所在處的磁場方向相同(反)；同一磁

極所在處磁感強(qiáng)度越大，所受磁場力越大；不同磁極處在磁場中同一處時(shí)，所受磁場力一

般不同。

(2)磁場對電流的作用。

電流強(qiáng)度為I、長度為1的電流處在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中時(shí)，所受到的作用稱為

安培力，其大小FB的取值范圍為

0WFBW11B

當(dāng)電流與磁場方向平行時(shí)，安培力取值最小，為零；當(dāng)電流與磁場方向垂直時(shí)，安培力

取值最大，為HB。如果電流與磁場方向夾角為。，可采用正交分解的方式來處理安培力

大小的計(jì)算問題，而安培力的方向則是用所謂的“左手定則”來判斷的。

(3)磁場對通電線圈的作用。

電流強(qiáng)度為1、面積為S的單匝通電線圈處在磁感強(qiáng)度為B的均強(qiáng)磁場中時(shí)，所受到的

磁場力的合力必為零，此時(shí)我們更關(guān)心的是減緩場對通電線圈的安培力矩的作用，安培力

矩的大小MB的取值范圍為

0WMBWISB

當(dāng)磁場方向與線圈平面垂直而使得穿過線圈的磁通量取得最大值時(shí)，通電線圈所受到的

安培力矩取最小值，為零；當(dāng)磁場方向與線圈平面平行而使得穿過線圈的磁通量為零時(shí)，

通電線圈所受到的安培力矩卻取最大值，為ISB。如果磁場方向與線圈平面夾一般角度

0,可采用正交分解的方式來處理安培力矩大小的計(jì)算問題。安培力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的

方向是先用“左手定則”判斷出線圈各邊所受安培力的方向，再進(jìn)一步作出判斷的。

磁場對通電線圈的安培力矩作用具備如下特征：①與線圈形狀無關(guān)，②與轉(zhuǎn)軸位置無

關(guān)。

(4)磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用。

帶電量為q、以速度u在磁感強(qiáng)度為B的均強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所受到的作用為稱

為洛侖茲力，其大小fB的取值范圍為

OWfBWquB.

當(dāng)速度方向與磁場方向平行時(shí)，洛侖茲力取值最小，為零；當(dāng)速度方向與磁場方向垂直

時(shí)，洛侖茲力取值最大，為quB.如果速度方向與磁場方向夾角為。，可采用正交分解的

方式來處理洛侖茲力大小的計(jì)算問題。而洛侖茲力的方向則是用所謂的“左手定則”來判

斷的。

磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力作用具備著如下特征，即洛侖茲力必與運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向

垂直，這一特征保證了“洛侖茲力總不做功”，把握住這一特征，對帶電粒子在更為復(fù)雜

的磁場中做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí)的有關(guān)問題的分析是極有幫助的。

3.帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

（1）電荷的勻強(qiáng)磁場中的三種運(yùn)動(dòng)形式。

如運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場中除洛侖茲力外其他力均忽略不計(jì)（或均被平衡），則其運(yùn)動(dòng)有

如下三種形式：

當(dāng)u〃B時(shí)，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；

當(dāng)時(shí)，所受洛侖力充分向心力，做半徑和周期分別為

R=m2m,T=qBqB

的勻速圓周運(yùn)動(dòng)；

當(dāng)u與B夾一般角度時(shí)，由于可以將u正交分解為u〃和u±（分別平行于和垂直

于）B,因此電荷一方向以u〃的速度在平行于B的方向上做勻速宜線運(yùn)動(dòng)，另一方向以

u_L的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，電荷的合運(yùn)動(dòng)在中學(xué)階段一般不

要求定量掌握。

（2）電荷垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場時(shí)運(yùn)動(dòng)的比較。

由于和電場相比，磁場的基本特征以及對運(yùn)動(dòng)電荷的作用特征存在著較大的差異，因此

電荷垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場時(shí)所做的所謂“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)，有著如下

諸方面的差異：

①“電偏轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)力fe=qE與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，“磁偏轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)力fB=quB隨運(yùn)動(dòng)速

度變化。

②“電偏轉(zhuǎn)”時(shí)做的是類平拋運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為*=1^03y=qE2t；“磁偏轉(zhuǎn)”時(shí)做

2m

的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律是從時(shí)、空兩個(gè)角度反映了運(yùn)動(dòng)的特征：T=2mm,

B=oqBqB

③“電偏轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)角度受到9e<

可取任意值。IqBt,則”的限制；“磁偏轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)角度0B=2m

④“電偏轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)的快慢程度越來越慢（單位長時(shí)間內(nèi)偏轉(zhuǎn)角越來越小），“磁偏

轉(zhuǎn)”中偏轉(zhuǎn)的快慢程度則保持恒定（任意相等的時(shí)間內(nèi)偏轉(zhuǎn)的角度均相等）。

⑤“電偏轉(zhuǎn)”中由于偏轉(zhuǎn)力fe做功，因而兼有加速功能，動(dòng)能招增加；“磁偏轉(zhuǎn)”中

由于偏轉(zhuǎn)力fB總不做功，動(dòng)能保護(hù)定值。

⑥“電偏轉(zhuǎn)”最常見的是應(yīng)用于示波管中，“磁偏轉(zhuǎn)”則常被應(yīng)用于回旋加速器中。

三、典型例題

例1.把電流強(qiáng)度均為I,長度均為1的兩小段通電直導(dǎo)線分別置于磁場中的1、2兩點(diǎn)

處時(shí)，兩小段通電直導(dǎo)線所受磁場力的大小分別為F1和F2,若已知1、2兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)

度的大小關(guān)系為B1VB2,則必有（）

A.B1=F1FB.B2=2C.F1<F2D.以上都不對1111

分析：注意到磁場對通電導(dǎo)線的作用與直線和磁場方向的夾角有關(guān)。

解答：磁感強(qiáng)度B的定義式B=F中的F,應(yīng)理解為檢驗(yàn)電流（II）垂直于B的方向放II

置時(shí)所受到的最大磁場力，而此題中兩小段通電導(dǎo)線在1、2兩點(diǎn)處是否垂直于B未能

確定，因此A、B兩選項(xiàng)中的等式不一定成立；另外，正因?yàn)榇艌鰧﹄娏鞯淖饔昧Υ笮〕?/p>

與B、I、1有關(guān)外，還與導(dǎo)線放置時(shí)與B的方向間關(guān)系有關(guān)，因此，無法比較F1和F2的

大小，所以應(yīng)選D。

例2

￡MN與矩形

.導(dǎo)線中通行向上的電

針方向的電流卜，則

工矩形線框各邊的安

B.大小不為零，方向向左

I右D.大小不為零，方向向上

fill*1fJX-1.Z八JfLXAir、「，1；■rx_i*.1“h/tTJ?J?t->rIAAf/<.lxr>pA-?￡r.|

線框abed流I直導(dǎo)線中電流I培力合力（）

A.大小為零C斷方法。

解答：由安培定則可知：通電直導(dǎo)線右側(cè)的磁場方向是垂直于紙面向里，且靠近直導(dǎo)線

處磁場列強(qiáng)些。根據(jù)左手定則Q可判斷。通電矩形線框的ab邊受力向右，cd邊受力向

左，be邊受力向上，da邊受力向下，且ab邊受力比cd邊受力大，be邊受力與da邊受力

大小相等。由此可知：通電矩形線框各邊所受安培力的合力大小不為零，且方向向右。即

應(yīng)選C。

例3.如圖所示，有a、b、c、d四個(gè)離子，

它們帶等量同種電荷，質(zhì)量不等，有ma=mb<mc=md,

以不等的速度va<vb<vc<vd進(jìn)入速度選擇器后，

有兩種離子從速度選擇器中射出，進(jìn)入B2磁場，由

此可判定（）

A.射向P1的是a離子B.射向P2的是b離子C.射到A1的是c離子D.射到A2的是

d離子

分析：比例解答要求了解“速度選擇器”和“質(zhì)譜儀”的基本原理。

解答：從離子在磁場B2中的偏轉(zhuǎn)方向可知離子帶正電，而正離子在速度選擇器中受到

磁場B1的洛侖茲力方向又可由左手定則判斷為向右，電極Pl、P2間的電場方向必向左，

因?yàn)閝ubBl=qucBl=qE,所以能沿直線穿過速度選擇器的必然是速度相等的b、c兩離

子；因?yàn)閝uaBKqE,所以a離子穿過速度選擇器必向左偏；因?yàn)閝udBl>qE,所以d

離子穿過速度器時(shí)必向右偏；因?yàn)閙bbm<cc,所以在B2中偏轉(zhuǎn)半徑較小而射到Al的

是b離子，qB2qB2

在B2中偏轉(zhuǎn)半徑較大而射到A2的是C離子。即經(jīng)例應(yīng)選Ao

例4.氫原子的核外電子質(zhì)量為m,電量為一e,在

離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為rl,試回答下列問題：

(1)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能EK是多少？

(2)電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)頻率v是多少？

(3)氫原子核在電子軌道處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度E是多大？

(4)電子繞核在如圖一3所示的x-y平面上沿A一

B-C-D方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電子轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于環(huán)形電流，則此電流方

向如何？電流強(qiáng)度為多大？

(5)如果沿Ox方向加一勻強(qiáng)磁場，則整個(gè)原子將怎樣運(yùn)動(dòng)？

分析：注意到圓周震動(dòng)，電場、電流，磁場等方向知識的綜合運(yùn)用。

解答：此題是把勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律運(yùn)用到盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型上來，提供電子繞核

運(yùn)動(dòng)的向心力是核對它的庫侖力；轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)率n；電流i就在單位時(shí)

間內(nèi)通過軌道上一點(diǎn)的電量，即i=ev.

12e2

(1)Vk2=m,EK=mu2,2rlrl

ke2

/.EK=.2rl

(2)o=2nvrl

聯(lián)立上述三式得

v-e2rlk

.mrl

(3)由點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式可得

E=kerl2

(4)電流方向?yàn)锳fD-CfBfA,

e2

電流強(qiáng)度1=0丫=2rlk.mrl

(5)根據(jù)左手定則，圓的x>0的一半，電子受磁場垂直紙面向紙面外的力，x<0的一

半，電子受到垂直紙面向內(nèi)的力。因此，整個(gè)原子以O(shè)y為軸，從Oy方向看為逆時(shí)針方向

轉(zhuǎn)動(dòng)。

例5.如圖所示,空間存在--個(gè)如圖

19—4(a)所示的變化電場和變化磁場，電場方向

水平向右，即沿(b)圖中的BC方向，磁場方向垂

直于紙面。從t=ls末開始，從A點(diǎn)每隔2s有一個(gè)

重力可以忽略的相同帶電粒子沿AB方向以速度uO

射出，且均能擊中C點(diǎn)，若AC=2BC,且粒子從

A到C歷時(shí)均小于1s,則E0與B0的比值為多大？

分析