磁场作为高中物理中一个重要组成部分,其内容包括:电流的磁场、磁感应强度、磁通量、磁感线、洛伦兹力、安培力等基本概念,以及左手定则、安培定则、电本质等基本规律.从近五年高考考点分布可以看出它是高考的必考内容,涉及这部分的考题一般灵活性较强,运用空间想象力和磁感线将磁场的空间分布形象化是解决磁场问题的关键.在最近磁场知识的复习中,发现学生常犯的错误:不善于分析多过程的物理问题;运用几何知识时出现错误;运用安培定则、左手定则判断载流子导线、运动的带电粒子受力情况以及磁场方向时出错;不能准确的再现题目中所叙述的磁场的空间分布和带电粒子的运动轨迹.本文将结合典型例题分析磁场类易错题.
例1如图1所示,一电子沿着螺线管轴线方向射入,并且在螺线管的两端加有交流电压,该电子在螺线管内的运动情况为:
A.简谐运动
B.匀速圆周运动
C.匀速直线运动 D.加速直线运动
解析螺线管两端加上交变电流后,虽然螺线管内部磁场的方向和大小都会发生周期性的变化,但由交变电流引发的磁场方向始终平行于螺线管,根据洛伦兹力公式f等于Bqvsinθ,其中θ为磁感线与电子运动方向的夹角,当θ等于0°或θ等于180°时,运动电子不受洛仑兹力作用.因为本题中磁感线方向与沿着螺旋轴方向射入的电子运动方向平行,所以沿轴线飞入的电子始终不受洛伦兹力的作用,保持原有速度做匀速直线运动,正确选项为C.
点评有的学生认为螺线管两端加上交流电压后,螺线管内部就存在磁场,运动电子在磁场的作用下做加速直线运动,所以正确选项选D,也有的学生认为因为加在螺线管两端为交流电压,因此引发的内部磁场的方向和大小也会发生周期性的变化,所以该电子做简谐振动,正确选项为A.学生做错的原因:一是没有搞清楚洛伦兹力的适用条件,乱用公式;二是当交流电压加到螺线管两端时,对螺线管内部的磁场方向和大小发生周期性变化的具体情况分析不清.
例2如图2所示,将一扁平的条形磁铁水平放置在地面上,并且一与磁铁垂直的长方形线框平面位于磁铁的左端正上方,当线框从磁铁左端正上方沿水平方向移动到右端正上方的过程中,穿过线框的磁通量变化为
A.先增大后减小 B.始终增大
C.始终减小 D.先减小后增大
解析使用磁通量的计算公式Φ等于BS时,要求B垂直于S,并且B为匀强磁场,而本题中磁铁与正上方线框平面所成的角度未知,并且磁铁两极上方的磁场并不是匀强磁场,所以不能运用该公式定量计算磁铁上方磁通量的大小.但是可以通过规范画出条形磁铁的磁感应空间分布剖面图,如图2所示,利用磁通量公式定性判断通过闭合线框的磁通量变化情况,所以正确选项为A,磁通量先增大后减小.
点评由于思维定势,学生一般认为条形磁铁的磁性两极强,中间弱,按照磁通量的计算公式Φ等于BS,在线框从磁铁的一端移动到另一端的过程中,磁感应强度B由强变弱再变强,而且线框面积S不变,所以总的磁通量先减小后增大,所以错误的认为选项D正确.此时学生并没有完全理解磁通量的概念,生搬硬套磁通量计算公式,从而做错该试题.其实此类题目代表难以定量计算磁通量的情况,面对这种情况,学生应该在脑子里形成磁铁的磁力线空间分布模型,对磁通量变化情况进行定性分析.图4
例3如图4所示,在水平桌面上放置一条形磁铁,并将一与磁场垂直的导线固定在它的正上方,导线中电流方向垂直于纸面向外,则下列说法正确的是
A.磁铁对桌面的压力不变 B.磁铁对桌面的压力增大
C.磁铁对桌面的压力减小 D.以上说法都不正确
解析如图5所示,由左手定则和牛顿第三定律可知:通电导线受到向下的安培力作用,同时通电导线对磁铁的反作用力作用于磁铁上,方向竖直向上,单独对磁铁受力分析,在导线没有通电前,重力和桌面的支持力大小相等,方向相反,通电后,由于通电导线对磁铁的反作用力,所以桌面对磁铁的支持力减小,即磁铁对桌面的压力减小,正确选项为C.
点评一些学生简单的认为,由于磁铁对导线的吸引,从而使磁铁导线对桌面有压力,所以磁铁对桌面的压力增大.产生上述错误的原因在于没有灵活运用牛顿第三定律分析导线对磁铁的反作用力作用到哪里.
综上所示,高中物理磁场类题型多与力学知识相结合,运用左手定则、安培定则判断运动的带电粒子、载流导线受力情况以及磁场方向是将磁场问题与力学知识相结合的切入点.