磁场易错题赏析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 磁场易错题赏析 一、易错解概况 中国论文网 /9/view-12784464.htm 1.不能准确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； 2.运用安培定则、左手定则判断 磁场方向和载流导线、运动的带电粒子 受力情况时出错； 3.运用几何知识时出现错误； 4.不善于分析多过程的物理问题. 二、典型例题赏析 1.受力分析的重要性 【例 1】质量为 m 的通电导体棒 ab 置于倾角为 的导轨上，如图 1 所示.已 知导体与导轨间的动摩擦因数为 ，在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 如下所示的四种磁场中，导体均静止， 则导体与导轨间摩擦力为零的可能情况 是（） 错解：根据 f=N，题目中 0， 要使 f=0 必有 N=0.为此需要安培力 Fb 与导体重力 G 平衡，由左手定则可判定 B 项有此可能，故选 B. 错解分析：上述分析受到题目中 “动摩擦因数为 ”的干扰，误用滑动摩 擦力的计算式 f=N来讨论静摩擦力的 问题，从而导致错选、漏选. 正解：要使静摩擦力为零，如果 N=0，必有 f=0，B 选项中安培力的方 向竖直向上与重力的方向相反可能使 N=0，故 B 项是正确的.如果 N0，则导 体除受静摩擦力 f 以外的其他力的合力 只要为零，那么 f=0，在 A 选项中，导 体所受到的重力 G、支持力 N 及安培力 F 安合力可能为零，则导体所受静摩擦 力可能为零.C 选项和 D 选项中，从导 体所受到的重力 G、支持力 N 及安培力 F 安三力的方向分析，合力不可能为零， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 所以导体所受静摩擦力不可能为零.故正 确的选项应为 A、B. 正解总结：本题概念性极强，又 是一道力学与电学知识交叉的综合试题. 摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力两种， 判断它们区别的前提是两个相互接触的 物体有没有相对运动.由本题可见，力学 中的概念掌握的准确与否直接影响电学 的学习成绩. 2.等效思想的正确使用 【例 2】有一自由的矩形导体线 圈，通以电流 I，将其移入通以恒定电 流 I 的长直导线的右侧，其 ab 与 cd 边 跟长直导体 AB 在同一平面内且互相平 行，如图 2 所示.试判断将该线圈从静止 开始释放后的受力和运动情况.（不计重 力） 错解：借助磁极的相互作用来判 断.由于长直导线电流产生的磁场在矩形 线圈所在处的磁感线方向为垂直纸面向 里，它等效于条形磁铁的 N 极正对矩形 线圈向里.因为通电线圈相当于环形电流， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 其磁极由右手定则判定为 S 极向外，它 将受到等效 N 极的吸引，于是通电矩形 线圈将垂直纸面向外加速. 错解分析：错误的根源就在于将 直线电流的磁场与条形磁铁的磁场等效 看待.我们知道直线电流磁场的磁感线是 一簇以直导线上各点为圆心的同心圆， 它并不存在 N 极和 S 极，可称为无极场， 不能与条形磁铁的有极场等效. 正解：利用左手定则判断.先画出 直线电流的磁场在矩形线圈所在处的磁 感线分布，由右手定则确定其磁感线的 方向垂直纸面向里，如图 3 所示.线圈的 四条边所受安培力的方向由左手定则判 定.其中 F1 与 F3 相互平衡，因 ab 边所 在处的磁场比 cd 边所在处的强，故 F4F2.由此可知矩形线圈 abcd 所受安 培力的合力的方向向左，它将加速向左 运动而与导体 AB 靠拢. 正解总结：用等效的思想处理问 题是有条件的.磁场的等效，应该是磁场 的分布有相似之处，例如条形磁铁与通 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 电直螺线管的磁场大致相同，可以等效. 所以应该老老实实地将两个磁场画出来， 经过比较看是否满足等效的条件.本题中 直线电流的磁场就不能等效为匀强磁场. 3.运动轨迹的正确分析 【例 3】设空间存在竖直向下的 匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场， 如图 4 所示，已知一带电离子在电场力 和洛伦兹力的作用下，从静止开始自 A 点沿曲线 ACB 运动，到达 B 点时速度 为零，C 点是运动的最低点，忽略重力， 以下说法正确的是（） A.该离子必带正电荷 B.A 点和 B 点位于同一高度 C. 离子在 C 点时速度最大 D.离子到达 B 点时，将沿原曲线 返回 A 点 错解：根据振动的往复性，离子 到达 B 点后，将沿原曲线返回 A 点， 选 D. 错解分析：某些考生可能受单摆 的影响，误认为根据单摆的往复性，离 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 子到达 B 点后，将沿原曲线返回 A 点， 实际上离子从 B 点开始运动的受力情况 与从 A 点运动的受力情况相同，并不存 在像单摆那样有一个指向 BCA 弧内侧 的回复力，使离子返回 A 点，而是如图 5 所示由 B 经 C点到 B点. 正解：（1）平行板间电场方向 向下，带电离子由 A 点静止释放后在电 场力的作用下是向下运动，可见电场力 一定向下，所以带电离子必带正电荷， 选项 A 正确. （2）带电离子具有速度后，它 就在向下的电场力 F 及总与速度方向垂 直且不断改变方向的洛伦兹力 f 作用下 沿 ACB 曲线运动，因洛伦兹力不做功， 电场力做功等于动能的变化，而带电离 子到达 B 点时的速度为零，所以从 A 到 B 电场力所做正功与负功加起来为零.这 说明带电离子在电场中的 B 点与 A 点 的电势能相等，即 B 点与 A 点位于同 一高度，选项 B 正确. （3）因 C 点为轨道最低点，带 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 电离子从 A 运动到 C 电场力做功最多， C 点具有的动能最大，所以带电离子在 C 点速度最大，选项 C 正确. （4）只要将带电离子在 B 点的 状态与 A 点进行比较，就可以发现它们 的状态（速度为零，电势能相等）相同， 如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加 区域，离子就将在 B 点右侧重现前面的 曲线运动，因此，带电离子是不可能沿 原曲线返回 A 点的，选项 D 错误. 故正确选项为 A、B、C. 正解总结：初速度和加速度决定 物体的运动情况.在力学部分绝大多数的 习题涉及的外力是恒力，加速度大小方 向都不变，只要判断初始时刻加速度与 初速度的关系，就可以判断物体以后的 运动.本题中由于洛伦兹力的方向总垂直 于速度方向，使得洛伦兹力与电场力的 矢量和总在变化，所以只做一次分析就 武断地下结论，必然会把原来力学中的 结论照搬到这里，生搬硬套必然会产生 错误. -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 4.运动圆心和半径的正确分析 正解总结：由于洛伦兹力总是垂 直于速度方向，若已知带电粒子的任意 两个速度方向，就可以通过作出两速度 的垂线，找出两垂线的交点，即为带电 粒子做圆周运动的圆心. 5.回旋加速器模型衍化问题 【例 5】如图 8 所示，带电粒子 在真空环境中的匀强磁场里按图示径迹 运动.径迹为互相衔接的两段半径不等的 半圆弧，中间是一块薄金属片，粒子穿 过时有动能损失.试判断粒子在上、下两 段半圆径迹中哪段运动时间较长？（粒 子重力不计） 错解：根据匀速圆周运动的规律， 周期 T=2rv，所以带电粒子在匀强磁场 中的回旋周期与回旋半径成正比，因为 上半部分径迹的半径较大，所以所需时 间较长. 错解分析：错误地认为带电粒子 在磁场中做圆周运动的速度不变，由周 期公式 T=2rv得出粒子运动的半径大， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 所需时间长的结论. 正解：首先根据洛伦兹力方向 （指向圆心） 、磁场方向以及动能损耗 情况，判定粒子带正电，沿 abcde 方向 运动，再求通过上、下两段圆弧所需时 间. 正解总结：回旋加速器的过程恰 好与本题所述过程相反.回旋加速器中粒 子不断地被加速，但是粒子在磁场中的 圆周运动周期不变. 6.正确分析物理图景和过程是解 决问题的前提条件. 图 9【例 6】如图 9 所示，在 x 轴上有垂直于 xOy 平面向里的匀强磁场， 磁感应强度为 B，在 x 轴下方有沿 y 轴 负方向的匀强电场，场强为 E.一质最为 m，电荷量为 q 的粒子从坐标原点沿着 y 轴正方向射出.射出之后，第 3 次到达 x 轴时，它与点 O 的距离为 L，求此粒 子射出时的速度 v 和运动的总路程 s， （重力不计）. 错解：粒子射出后第三次到达 x -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10