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第十章 磁場
一、主要內(nèi)容
本章內(nèi)容包括磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、磁通量、電流的磁場、安培力、洛侖茲力等基本概念，以及磁現(xiàn)象的電本質(zhì)、安培定則、左手定則等規(guī)律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法有，運(yùn)用空間想象力和磁感線將磁場的空間分布形象化是解決磁場問題的關(guān)鍵。運(yùn)用安培定則、左手定則判斷磁場方向和載流導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受力情況是將力學(xué)知識與磁場問題相結(jié)合的切入點(diǎn)。
三、錯(cuò)解分析
在本章知識應(yīng)用的過程中，初學(xué)者常犯的錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在：不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)題目中所敘述的磁場的空間分布和帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡：運(yùn)用安培定則、左手定則判斷磁場方向和載流導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受力情況時(shí)出錯(cuò);運(yùn)用幾何知識時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤;不善于分析多過程的物理問題。
例1 如圖10-1所示，螺線管兩端加上交流電壓，沿著螺線管軸線方向有一電子射入，則該電子在螺線管內(nèi)將做：
A.加速直線運(yùn)動(dòng) B.勻速直線運(yùn)動(dòng)
C.勻速圓周運(yùn)動(dòng) D.簡諧運(yùn)動(dòng)
【錯(cuò)解】
錯(cuò)解一：螺線管兩端加上交流電壓，螺線管內(nèi)有磁場，電子在磁場中要受到磁場力的作用，故選A。
錯(cuò)解二：螺線管兩端加上了交流電壓，螺線管內(nèi)部有磁場，磁場方向周期性發(fā)生變化，電子在周期性變化的磁場中受到的力也發(fā)生周期性變化，而做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。故選D。
【錯(cuò)解原因】
錯(cuò)解一、二的根本原因有二：一是對螺線管兩端加上交流電壓后，螺線管內(nèi)部磁場大小和方向發(fā)生周期性變化的具體情況分析不清;二是沒有搞清洛侖茲力f=Bqv的適用條件，而亂套公式。洛侖茲力的大小為f=Bqv的條件是運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場，當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與B有夾角時(shí)，洛侖茲力f=Bqv sinθ，;當(dāng)θ=0°或θ=180°時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛侖茲力作用。
【分析解答】
螺線管兩端加上交流電壓后，螺線管內(nèi)部磁場大小和方向發(fā)生周期性變化，但始終與螺線管平行，沿著螺線管軸線方向射入的電子其運(yùn)動(dòng)方向與磁感線平行。沿軸線飛入的電子始終不受洛侖茲力而做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
例2 如圖10-2，條形磁鐵平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場垂直，現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面向外的電流，則下列說法正確的是：
A.磁鐵對桌面的壓力減小
B.磁鐵對桌面的壓力增大
C.磁鐵對桌面的壓力不變
D.以上說法都不可能
【常見錯(cuò)解】
磁鐵吸引導(dǎo)線而使磁鐵導(dǎo)線對桌面有壓力，選B。
【錯(cuò)解原因】
錯(cuò)解在選擇研究對象做受力分析上出現(xiàn)問題，也沒有用牛頓第三定律來分析導(dǎo)線對磁鐵的反作用力作用到哪里。
【分析解答】
通電導(dǎo)線置于條形磁鐵上方使通電導(dǎo)線置于磁場中如圖10-3所示，由左手定則判斷通電導(dǎo)線受到向下的安培力作用，同時(shí)由牛頓第三定律可知，力的作用是相互的，磁鐵對通電導(dǎo)線有向下作用的同時(shí)，通電導(dǎo)線對磁鐵有反作用力，作用在磁鐵上，方向向上，如圖10-4。對磁鐵做受力分析，由于磁鐵始終靜止，無通電導(dǎo)線時(shí)，N=mg，有通電導(dǎo)線后N+F′=mg，N=mg-F′，磁鐵對桌面壓力減小，選A。