第一篇：高中物理磁場部分知識點總結

2016高中物理―磁場部分知識點總結

2016高中物理―磁場部分知識點總結

2016.03

一、磁場

磁體是通過磁場對鐵一類物質發生作用的，磁場和電場一樣，是物質存在的另一種形式，是客觀存在。小磁針的指南指北表明地球是一個大磁體。磁體周圍空間存在磁場；電流周圍空間也存在磁場。

電流周圍空間存在磁場，電流是大量運動電荷形成的，所以運動電荷周圍空間也有磁場。靜止電荷周圍空間沒有磁場。

磁場存在于磁體、電流、運動電荷周圍的空間。磁場是物質存在的一種形式。磁場對磁體、電流都有磁力作用。

與用檢驗電荷檢驗電場存在一樣，可以用小磁針來檢驗磁場的存在。如圖所示為證明通電導線周圍有磁場存在——奧斯特實驗，以及磁場對電流有力的作用實驗。

1．地磁場

地球本身是一個磁體，附近存在的磁場叫地磁場，地磁的南極在地球北極附近，地磁的北極在地球的南極附近。2．地磁體周圍的磁場分布

與條形磁鐵周圍的磁場分布情況相似。3．指南針

放在地球周圍的指南針靜止時能夠指南北，就是受到了地磁場作用的結果。4．磁偏角

地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，磁針并非準確地指南或指北，其間有一個交角，叫地磁偏角，簡稱磁偏角。

說明：

①地球上不同點的磁偏角的數值是不同的。

②磁偏角隨地球磁極緩慢移動而緩慢變化。

③地磁軸和地球自轉軸的夾角約為11°。

二、磁場的方向

在電場中，電場方向是人們規定的，同理，人們也規定了磁場的方向。

規定：

在磁場中的任意一點小磁針北極受力的方向就是那一點的磁場方向。

確定磁場方向的方法是：

將一不受外力的小磁針放入磁場中需測定的位置，當小磁針在該位置靜止時，小磁針N極的指向即為該點的磁場方向。

磁體磁場：

可以利用同名磁極相斥，異名磁極相吸的方法來判定磁場方向。

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電流磁場：

利用安培定則（也叫右手螺旋定則）判定磁場方向。

三、磁感線

在磁場中畫出有方向的曲線表示磁感線，在這些曲線上，每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同。

（1）磁感線上每一點切線方向跟該點磁場方向相同。

（2）磁感線特點

（1）磁感線的疏密反映磁場的強弱，磁感線越密的地方表示磁場越強，磁感線越疏的地方表示磁場越弱。

（2）磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向。

（3）磁場中的任何一條磁感線都是閉合曲線，在磁體外部由N極到S極，在磁體內部由S極到N極。

以下各圖分別為條形磁體、蹄形磁體、直線電流、環行電流的磁場

說明：

①磁感線是為了形象地描述磁場而在磁場中假想出來的一組有方向的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。

②磁感線與電場線類似，在空間不能相交，不能相切，也不能中斷。

四、幾種常見磁場

1通電直導線周圍的磁場

（1）安培定則：右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環繞的方向，這個規律也叫右手螺旋定則。

（2）磁感線分布如圖所示：

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說明：

①通電直導線周圍的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，實際上電流磁場應為空間圖形。

②直線電流的磁場無磁極。

③磁場的強弱與距導線的距離有關，離導線越近磁場越強，離導線越遠磁場越弱。

④圖中的“×”號表示磁場方向垂直進入紙面，“·”表示磁場方向垂直離開紙面。2．環形電流的磁場

（1）安培定則：讓右手彎曲的四指與環形電流的方向一致，伸直的拇指的方向就是環形導線軸線上磁感線的方向。

（2）磁感線分布如圖所示：

（3）幾種常用的磁感線不同畫法。

說明：

①環形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，其兩側分別是N極和S極。

②由于磁感線均為閉合曲線，所以環內、外磁感線條數相等，故環內磁場強，環外磁場弱。

③環形電流的磁場在微觀上可看成無數根很短的直線電流的磁場的疊加。

3．通電螺線管的磁場

（1）安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲時四指的方向跟電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管中心軸線上的磁感線方向。

（2）磁感線分布：如圖所示。

（3）幾種常用的磁感線不同的畫法。

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說明：

①通電螺線管的磁場分布：外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端分別為N極和S極。管內（邊緣除外）是勻強磁場，磁場分布由S極指向N極。

②環形電流宏觀上其實就是只有一匝的通電螺線管，通電螺線管則是由許多匝環形電流串聯而成的。因此，通電螺線管的磁場也就是這些環形電流磁場的疊加。

③不管是磁體的磁場還是電流的磁場，其分布都是在立體空間的，要熟練掌握其立體圖、縱截面圖、橫橫面圖的畫法及轉換。4．勻強磁場

（1）定義：在磁場的某個區域內，如果各點的磁感應強度大小和方向都相同，這個區域內的磁場叫做勻強磁場。

（2）磁感線分布特點：間距相同的平行直線。

（3）產生：距離很近的兩個異名磁極之間的磁場除邊緣部分外可以認為是勻強磁場；相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時，其中間區域的磁場也是勻強磁場，如圖所示：

五、磁感應強度

1、磁感應強度

為了表征磁場的強弱和方向，我們引入一個新的物理量：磁感應強度。描述磁場強弱和方向的物理量，用符號“B”表示。

通過精確的實驗可以知道，當通電直導線在勻強磁場中與磁場方向垂直時，受到磁場對它的力的作用。對于同一磁場，當電流加倍時，通電導線受到的磁場力也加倍，這說明通電導線受到的磁場力與通過它的電流強度成正比。而當通電導線長度加倍時，它受到的磁場力也加倍，這說明通電導線受到的磁場力與導線長也成正比。對于磁場中某處來說，通電導線在該處受的磁場力F與通電電流強度I與導線長度L乘積的比值是一個恒量，它與電流強度和導線長度的大小均無關。在磁場中不同位置，這個比值可能各不相同，因此，這個比值反映了磁場的強弱。

（1）磁感應強度的定義

電流元

①定義：物理學中把很短一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL叫做電流元。

②理解：孤立的電流元是不存在的，因為要使導線中有電流，就必須把它連到電源上。

（2）磁場對通電導線的作用力

①內容：通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小與I和L的乘積成正比。

②公式：。

說明：

①B為比例系數，與導線的長度和電流的大小都無關。②不同的磁場中，B的值是不同的。

③B應為與電流垂直的值，即式子成立條件為：B與I垂直。

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磁感應強度

定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電直導線，受到的安培力的作用F，跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值，叫做通電直導線所在處的磁場的磁感應強度。

公式：B=F / IL。（2）磁感應強度的單位

在國際單位制中，B的單位是特斯拉（T），由B的定義式可知：

1特（T）=

（3）磁感應強度的方向

磁感應強度是矢量，不僅有大小，而且有方向，其方向即為該處磁場方向。小磁針靜止時N極所指的方向規定為該點的磁感應強度的方向，簡稱為磁場的方向。B是矢量，其方向就是磁場方向，即小磁針靜止時N極所指的方向。

2、磁通量

磁感線和電場線一樣也是一種形象描述磁場強度大小和方向分布的假想的線，磁感線上各點的切線方向即該點的磁感應強度方向，磁感線的密疏，反映磁感應強度的大小。為了定量地確定磁感線的條數跟磁感應強度大小的關系，規定：在垂直磁場方向每平方米面積的磁感線的條數與該處的磁感應強度大?。▎挝皇翘兀抵迪嗤?。這里應注意的是一般畫磁感線可以按上述規定的任意數來畫圖，這種畫法只能幫助我們了解磁感應強度大小；方向的分布，不能通過每平方米的磁感線數來得出磁感應強度的數值。

（1）磁通量的定義

穿過某一面積的磁感線的條數，叫做穿過這個面積的磁通量，用符號φ表示。

物理意義：穿過某一面的磁感線條數。

（2）磁通量與磁感應強度的關系

按前面的規定，穿過垂直磁場方向單位面積的磁感線條數，等于磁感應強度B，所以在勻強磁場中，垂直于磁場方向的面積S上的磁通量φ=BS。

若平面S不跟磁場方向垂直，則應把S平面投影到垂直磁場方向上。

當平面S與磁場方向平行時，φ=0。公式

（1）公式：Φ=BS。

（2）公式運用的條件：

a．勻強磁場；b．磁感線與平面垂直。

（3）在勻強磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ=BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積。

此時效面積”。，式中

即為面積S在垂直于磁感線方向的投影，我們稱為“有

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（3）磁通量的單位

在國際單位中，磁通量的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。磁通量是標量，只有大小沒有方向。

(4)磁通密度

磁感線越密的地方，穿過垂直單位面積的磁感線條數越多，反之越少，因此穿過單位面積的磁通量——磁通密度，它反映了磁感應強度的大小，在數值上等于磁感應強度的大小，B =Φ/S。

六、磁場對電流的作用

1．安培分子電流假說的內容

安培認為，在原子、分子等物質微粒的內部存在著一種環形電流——分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，分子的兩側相當于兩個磁極。

2．安培假說對有關磁現象的解釋

（1）磁化現象：一根軟鐵棒，在未被磁化時，內部各分子電流的取向雜亂無章，它們的磁場互相抵消，對外不顯磁性；當軟磁棒受到外界磁場的作用時，各分子電流取向變得大致相同時，兩端顯示較強的磁性作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了。

（2）磁體的消磁：磁體的高溫或猛烈敲擊，即在激烈的熱運動或機械運動影響下，分子電流取向又變得雜亂無章，磁體磁性消失。磁現象的電本質

磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由運動的電荷產生的。

說明：

①根據物質的微觀結構理論，原子由原子核和核外電子組成，原子核帶正電，核外電子帶負電，核外電子在庫侖引力作用下繞核高速旋轉，形成分子電流。在安培生活的時代，由于人們對物質的微觀結構尚不清楚，所以稱為“假說”。但是現在，“假設”已成為真理。

②分子電流假說揭示了電和磁的本質聯系，指出了磁性的起源：一切磁現象都是由運動的電荷產生的。安培力

通電導線在磁場中受到的力稱為安培力。3．安培力的方向——左手定則

（1）左手定則

伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在同一平面內，把手放入磁場，讓磁感線穿過手心，讓伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指方向即為安培力方向。

（2）安培力F、磁感應強度B、電流I三者的方向關系：

①直。，即安培力垂直于電流和磁感線所在的平面，但B與I不一定垂

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②判斷通電導線在磁場中所受安培力時，注意一定要用左手，并注意各方向間的關系。

③若已知B、I方向，則

方向確定；但若已知B（或I）和

方向，則I（或B）方向不確定。

4．電流間的作用規律

同向電流相互吸引，異向電流相互排斥。安培力大小的公式表述

（1）當B與I垂直時，F=BIL。

（2）當B與I成角時，是B與I的夾角。

和沿電流方向的推導過程：如圖所示，將B分解為垂直電流的，B對I的作用可用B1、B2對電流的作用等效替代。

5．幾點說明

（1）通電導線與磁場方向垂直時，F=BIL最大；平行時最小，F=0。

（2）B對放入的通電導線來說是外磁場的磁感應強度。

（3）導線L所處的磁場應為勻強磁場；在非勻強磁場中，公式

僅適用于很短的通電導線（我們可以把這樣的直線電流稱為直線電流元）。

（4）式中的L為導線垂直磁場方向的有效長度。如圖所示，半徑為r的半圓形導線與磁場B垂直放置，當導線中通以電流I時，導線的等效長度為2 r，故安培力F=2BIr。

七、磁電式電流表 1.電流表的構造

磁電式電流表的構造如圖所示。在蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯，鐵芯外面套有一個可以轉動的鋁框，在鋁框上繞有線圈。鋁框的轉軸上裝有兩個螺旋彈簧和一個指針，線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧上，被測電流經過這兩個彈簧流入線圈。

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2．電流表的工作原理

如圖所示，設線圈所處位置的磁感應強度大小為B，線圈長度為L，寬為d，匝數為n，當線圈中通有電流I時，安培力對轉軸產生力矩：為：F=nBIL。故安培力的力矩大小為M1=nBILd。，安培力的大小

當線圈發生轉動時，不論通過電線圈轉到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，安培力的力矩不變。

當線圈轉過角時，這時指針偏角為角，兩彈簧產生阻礙線圈轉動的扭轉力矩為M2，對線圈，根據力矩平衡有M1=M2。

設彈簧材料的扭轉力矩與偏轉角成正比，且為M2=k。

由nBILd=k得。

其中k、n、B、I、d是一定的，因此有

由此可知：電流表的工作原理是指針的偏角的值可以反映I值的大小，且電流表刻度是均勻的，對應不同的在刻度盤上標出相應的電流值，這樣就可以直接讀取電流值了。

第二篇：高中物理萬有引力部分知識點總結

高中物理——萬有引力與航天

知識點總結

一、開普勒行星運動定律

（1）所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。

（2）對于每一顆行星，太陽和行星的聯線在相等的時間內掃過相等的面積。

（3）所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。

二、萬有引力定律

1．內容：宇宙間的一切物體都是互相吸引的，兩個物體間的引力大小，跟它們的質量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比．

2．公式：F＝Gm1m2/r^2，其中G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，稱為萬有引力常量。

3．適用條件：

嚴格地說公式只適用于質點間的相互作用，當兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時，公式也可近似使用，但此時r應為兩物體重心間的距離。對于均勻的球體，r是兩球心間的距離。

三、萬有引力定律的應用

1．解決天體(衛星)運動問題的基本思路

(1)把天體(或人造衛星)的運動看成是勻速圓周運動，其所需向心力由萬有引力提供，關系式：

F＝Gm1m2/r^2＝mv^2/r＝mω2r＝m(2π/T)2r

(2)在地球表面或地面附近的物體所受的重力等于地球對物體的萬有引力，即mg＝Gm1m2/r^2，gR2＝GM.2．天體質量和密度的估算

通過觀察衛星繞天體做勻速圓周運動的周期T，軌道半徑r，由萬有引力等于向心力，即Gr2(Mm)＝mT2(4π2)r，得出天體質量M＝GT2(4π2r3).(1)若已知天體的半徑R，則天體的密度

ρ＝V(M)＝πR3(4)＝GT2R3(3πr3)

(2)若天體的衛星環繞天體表面運動，其軌道半徑r等于天體半徑R，則天體密度ρ＝GT2(3π)

可見，只要測出衛星環繞天體表面運動的周期，就可求得天體的密度．

3．人造衛星

(1)研究人造衛星的基本方法

看成勻速圓周運動，其所需的向心力由萬有引力提供．Gr2(Mm)＝mr(v2)＝mrω2＝m4?

2T2r^2＝ma向．

(2)衛星的線速度、角速度、周期與半徑的關系

①由GMm/r^2＝mv^2/r得v＝GM/r，故r越大，v越小

②由GMm/r^2＝mrω2得ω＝GMm/r^3，故r越大，ω越小

23③由GMm/r^2＝m(4π^2/T^2)r得T＝4?r，故r越

大，T越大

(3)人造衛星的超重與失重

①人造衛星在發射升空時，有一段加速運動；在返回地面時，有一段減速運動，這兩個過程加速度方向均向上，因而都是超重狀態。

②人造衛星在沿圓軌道運動時，由于萬有引力提供向心力，所以處于完全失重狀態，在這種情況下凡是與重力有關的力學現象都會停止發生。

(4)三種宇宙速度

①第一宇宙速度(環繞速度)v1＝7.9 km/s.這是衛星繞地球做圓周運動的最大速度，也是衛星的最小發射速度．若7.9 km/s≤v<11.2 km/s，物體繞地球運行． ②第二宇宙速度(脫離速度)v2＝11.2 km/s.這是物體掙脫地球引力束縛的最小發射速度．若11.2 km/s≤v<16.7 km/s，物體繞太陽運行．

③第三宇宙速度(逃逸速度)v3＝16.7 km/s這是物體掙脫太陽引力束縛的最小發射速度。若v≥16.7 km/s，物體將脫離太陽系在宇宙空間運行。

題型：

1．求星球表面的重力加速度

在星球表面處萬有引力等于或近似等于重力，則：GMm/r^2＝mg，所以g＝GM/r^2(R為星球半徑，M為星球質量)．由此推得兩個不同天體表面重力加速度的關系為：g2(g1)＝R12(R22)·M2(M1).2．求某高度處的重力加速度

若設離星球表面高h處的重力加速度為gh，則：GMm/(R+h)^2＝mgh，所以gh＝GM/(R+h)^2，可見隨高度的增加重力加速度逐漸減小。

3．近地衛星與同步衛星

(1)近地衛星其軌道半徑r近似地等于地球半徑R，其運動速度v＝R(GM)＝7.9 km/s，是所有衛星的最大繞行速度；運

行周期T＝85 min，是所有衛星的最小周期；向心加速度a＝g＝9.8 m/s2是所有衛星的最大加速度。

(2)地球同步衛星的五個“一定”

①周期一定T＝24 h

②距離地球表面的高度h一定

③線速度v一定

④角速度ω一定

⑤向心加速度a一定

第三篇：高中物理知識點總結：專題復習三_電場、電路、磁場

專題復習三 電場、電路、磁場

一.本周教學內容：專題復習三 電場、電路、磁場 【典型例題】

例1.如圖所示，P、Q是兩個電量相等的正的點電荷，它們連線的中點是O，A，B是中垂線上的兩點，OA＜OB。用EA、EB、UA、UB分別表示A、B兩點的場強和電勢，則（）

A.EA一定大于EB，UA一定大于UB B.EA不一定大于EB，UA一定大于UB C.EA一定大于EB，UA不一定大于UB D.EA不一定大于EB，UA不一定大于UB 解析：等量同號點電荷電場分布，沿OA方向電勢降低，場強先增大后減小，但由于不能確定場強最大值出現在哪兒，故選B。

例2.如圖所示，虛線a、b和c是某靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別是Ua、Ub、Uc，且Ua＞Ub＞Uc，一個帶正電的粒子射入電場中，其運動軌跡如實線KLMN所示，由圖可知（）

A.ab間電路通，cd間電路不通 B.ab間電路不通，bc間電路通 C.ab間電路通，bc間電路不通 D.bc間電路不通，cd間電路通 解析：Uad＝220V，Ubd＝220V，說明ab間通，由Uad＝220V，Uac＝220V，說明cd間通，由于無電流，故只能bc間斷，選CD。

例4.如圖所示，在粗糙水平面上固定一點電荷Q，在M點無初速度釋放一帶有恒定電量的小物塊，小物塊在Q的電場中運動到N點靜止，則從M點運動到N點的過程中（）

A.小物塊所受電場力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢能逐漸減小 C.M點的電勢一定高于N點的電勢

D.小物塊電勢能變化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

解析：小物塊在庫侖斥力和摩擦力作用下從M至N，先加速后減速，加速度變化是先減小后增大。但庫侖斥力一直做正功，電勢能減小。由于小物塊遠離Q，電場力逐漸減小。對小物塊由M點至N點運用動能定理，W電－Wf＝0－0，故W電＝Wf。由于不知Q的電性，故M、N 點電勢無法比較。選 ABD。

例5.目前世界上正在研究一種新型發電機叫磁流體發電機，它可以把氣體的內能直接轉化為電能。如圖所示為它的發電原理。將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負電的微粒，從整體來說呈電中性）噴射入磁感應強度為B的勻強磁場，磁場中有兩塊面積為S，相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構成一電路。設氣流的速度為v，氣體的電導率（電阻率的倒數）為g，則流過外電阻R的電流強度I及電流方向為（）

解析：

放電電流方向A→R→B，選D。

例6.在如圖所示的電路中，當可變電阻R的阻值增大時（）

A.AB兩點間的電壓U增大 B.AB兩點間的電壓U減小 C.通過R的電流I增大 D.回路中的總電功率增大

解析：當可變電阻R增大時，R外增大故閉合電路總電流I減小，電源兩端電壓U端增

例7.如圖所示，虛線框abcd內為一矩形勻強磁場區域，ab＝2bc，磁場方向垂直紙面；實線框a'b'c'd'是一正方形導線框，a'b'與ab邊平行，若將導線框勻速地拉離磁場區域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出過程中外力所做的功，W2表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過程中外力所做的功，則（）

例8.電磁流量計如圖所示，用非磁性材料制成的圓管道，外加一勻強磁場。當管中導電液體流過此區域時，測出管道直徑兩端的電勢差U，就可以得知管中液體的流量Q，即單位時間內流過管道橫截面的液體的體積（m3/s）。若管道直徑為D，磁感應強度為B，則Q＝_____________。

A.保持K接通，減小兩極板間的距離，則兩極板間電場的電場強度減小 B.保持K接通，在兩極板間插入一塊介質，則極板上的電量減小 C.斷開K，減小兩極板間的距離，則兩極板間的電勢差減小 D.斷開K，在兩極板間插入一塊介質，則兩極板間的電勢差增大

解析：K接通，電容器電壓不變，減小板間距d，則電場強度增大。在兩板插入介質，例11.如圖所示，光滑絕緣半球槽的半徑為R，處在水平向右的勻強電場中，一質量為m的帶電小球從槽的右端A處無初速沿軌道滑下，滑到最低位置B時，球對軌道的壓力為2mg。

例12.湯姆生在測定陰極射線的荷質比時采用的方法是利用電場、磁場偏轉法，即通過測出陰極射線在給定勻強電場和勻強磁場中穿過一定距離時的速度偏轉角來達到測定其荷質比的目的。利用這種方法也可以測定其它未知粒子的荷質比，反過來，知道了某種粒子的荷質比，也可以利用該方法了解電場或者磁場的情況。

假設已知某種帶正電粒子（不計重力）的荷質比（q/m）為k，勻強電場的電場強度為E，方向豎直向下。先讓粒子沿垂直于電場的方向射入電場，測出它穿過水平距離L后的速度偏轉角θ（θ很小，可認為θ≈tanθ）（見圖甲）；接著用勻強磁場代替電場，讓粒子以同樣的初速度沿垂直于磁場的方向射入磁場，測出它通過一段不超過1/4圓周長的弧

解析：

例13.如圖所示，空間分布著場強為E的勻強電場和勻強磁場B1、B2，且磁感強度大小B1＝B2＝B，磁場B2的區域足夠大，電場寬度為L。一帶電粒子質量為 m，電量為q。不計重力，從電場邊緣A點由靜止釋放該粒子經電場加速后進入磁場，穿過磁場B1區域（圖中虛線為磁場分界線，對粒子運動無影響。）進入磁場 B2，粒子能沿某一路徑再次返回A點，然后重復上述運動過程。求：

（1）粒子進入磁場時的速度大小v。（2）磁場B1的寬度D。

（3）粒子由A點出發至返回A點需要的最短時間t。

解析：

例14.如圖所示為示波管的原理圖，電子槍中熾熱的金屬絲可以發射電子，初速度很小，可視為零。電子槍的加速電壓為U0，緊挨著是偏轉電極YY'和XX'，設偏轉電極的極板長均為

求：（1）若只在YY'偏轉電極上加電壓UYY'＝U1（U1＞0），則電子到達熒光屏上的速度多大？

（2）在第（1）問中，若再在XX'偏轉電板上加上UXX'＝U2（U2＞0），試在熒光屏上標出亮點的大致位置，并求出該點在熒光屏上坐標系中的坐標值。

解析：（1）

（2）電子在y電場中偏移距離：

根據相似三角形

同理在xx'方向

根據相似三角形

（1）試分析說明帶電小球被拋出后沿豎直方向和水平方向分別做什么運動。（2）在圖中畫出帶電小球從拋出點O到落與O在同一水平線上的O'點的運動軌跡示意圖。（3）帶電小球落回到O'點時的動能。

解析：（1）豎直方向：重力向下，初速v0向上，做勻減速直線或上拋運動 水平：電場力向右，初速度為0，勻加速直線（2）豎直：小球向上運動和向下運動時間相等。

【模擬試題】 卷I

14.下列說法正確的是（）

A.1 kg 0℃水的內能比1kg0℃冰的內能小 B.氣體膨脹，它的內能一定減少 C.已知阿伏加德羅常數、某氣體的摩爾質量和密度，就可估算出該氣體中分子的平均距離

D.對于一定質量的理想氣體，當分子熱運動變劇烈時，壓強必變大

15.如圖所示，一列簡諧橫波在介質中沿水平方向傳播，實線是在 時的波形圖，虛線是在

A.（1）（2）B.（3）（4）C.（1）（3）D.（2）（4）

16.如圖所示，帶箭頭的直線表示電場線，虛線表示等勢面，彎曲實線表示一個帶電粒子在電場力作用下由A運動到B的徑跡。粒子在A點的加速度為動能為，則（），A.粒子帶正電，B.粒子帶正電，17.氫原子從第五能級躍遷到第三能級時氫原子輻射的光子的頻率為

（3）氫原子從第二能級向第一能級躍遷時產生的光子，一定能使金屬A產生光電效應現象（4）氫原子從第五能級向第四能級躍遷時產生的光子，一定不能使金屬A產生光電效應現象

在這四種判斷中，正確的是（）A.（1）（3）B.（2）（4）

C.（1）（2）（3）D.（1）（3）（4）

18.汽車在平直公路上以速度 勻速行駛，發動機功率為P?？爝M入鬧市區時，司機減小了油門，使汽車的功率立即減小一半并保持該功率繼續行駛。設汽車行駛過程中所受阻力大小不變，則下面四個圖象中，哪個圖象正確表示了從司機減小油門開始，汽車的速度與時間的關系（）

19.如圖所示，某空間存在著沿水平方向指向紙里的勻強磁場，磁場中固定著與水平面夾角為α的光滑絕緣斜面。一個帶電小球，從斜面頂端由靜止開始釋放，經過時間t，小球離開了斜面。則有（）

A.液滴仍保持靜止狀態 B.液滴做自由落體運動 C.電容器上的帶電量減小 D.電容器上的帶電量增大

21.如圖所示中的虛線上方空間有垂直線框平面的勻強磁場，直角扇形導線框繞垂直于線框平面的軸O以角速度ω勻速轉動。設線框中感應電流方向以逆時針為正方向，那么在下圖中能正確描述線框從下圖所示位置開始轉動一周的過程中，線框內感應電流隨時間變化情況的是（）

卷II 22.（18分）

（1）在實驗室中用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，螺旋測微器的讀數部分如下面左圖所示，由圖可知，金屬絲的直徑是______________。

（2）在“把電流表改裝為電壓表”的實驗中，給出的器材有：

①電流表（量程為，內阻約200Ω）；

②標準電壓表（量程為2V）； ③電阻箱（0～999Ω）； ④滑動變阻器（0～200Ω）；

⑤電位器（一種可變電阻，其原理與滑動變阻器相當）（0～47⑥電源（電動勢2V，有內阻）； ⑦電源（電動勢6V，有內阻）； ⑧電鍵兩只；導線若干。）；

<1>首先要用半偏法測定電流表的內阻。如果采用如圖所示的電路測定電流表A的內電阻并且要想得到較高的精確度，那么從以上給的器材中，可變電阻；

C.觀察 的阻值調至最大；

D.調節 豎直向上做勻加速直線運動（<7“ style='width:14.25pt;> 為地面附近的重力加速度），已知地球半徑為R。

（1）到某一高度時，測試儀器對平臺的壓力是剛起飛時壓力的<8” style= > 求此時火箭離地面的高度h。，（2）探測器與箭體分離后，進入行星表面附近的預定軌道，進行一系列科學實驗和測量，若測得探測器環繞該行星運動的周期為<9" >，試問：該行星的平均密度為多少？（假定行星為球體，且已知萬有引力恒量為G）

24.（18分）

如圖所示，在求：，不計粒子的重力和粒子間的相互作用。（1）帶電粒子的比荷 與帶電粒子在磁場中的運動時間 之比。

25.（18分）

如圖所示，有一塊木板靜止在光滑且足夠長的水平面上，木板質量為；木板右端放著一個小滑塊，小滑塊質量為

（1）現用恒力F作用在木板M上，為了使得m能從M上面滑落下來，問：F大小的范圍是什么？

（2）其它條件不變，若恒力

【試題答案】

14.C 15.C 16.D 17.A 18.C 19.C 20.D 21.A 22.（1）0.920mm（2）<1>⑤，③，⑦

<2>①C，②A，③D，④B，⑤E，⑥F <3>200，小 <4>串，19800 23.（1）

（2）

（2）

25.（1）F＞20N（2）

第四篇：高中物理“磁場”教學研究

專題講座

高中物理“磁場”教學研究

張宇（北京市育英中學，高級教師）

一、磁場主題的學科知識的深層次理解

（一）《磁場》的知識結構

本主題內容按如下的線索展開：

磁場概念的建立和描述——磁場對電流和運動電荷的作用——安培力和洛侖茲力的應用。這樣安排，知識的邏輯結構比較清晰，也符合學生的認知規律。

本主題可以分為三個單元。第一單元主要內容為：通過演示實驗使學生對磁場有了一定的感性認識，在此基礎上，利用科學的方法來描述磁場。本單元可以分為三節課。第 1 節在初中相關知識的基礎上，通過磁體間的作用、小磁針指南北的性質和奧斯特實驗等現象認識到在磁體、地球和電流周圍存在磁場，認識到磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流之間的作用力是通過磁場發生的。第 2、3 兩節學習了磁場的描述。磁場具有強弱和方向，磁場的這種性質可以用磁感應強度進行定量描述，也可以用磁感線定性描述。第二單元學習磁場的一個性質：磁場對通電導線的作用力——安培力。第三單元學習磁場的另一個性質：磁場對運動電荷的作用力——洛倫茲力，以及帶電粒子在勻強磁場中的運動，里面穿插了洛侖茲力的應用，尤其是在現代高新科技中的應用。這樣安排，從初中知識講起，注重了循序漸進，先宏觀后微觀，注重了知識的依次生成。

（二）《磁場》在學科知識體系中的地位及相互關系

學生在初中已經學習了簡單的磁現象，頭腦中初步建立了磁場的概念。在本模塊我們剛剛學習了靜電場，對于磁場，可以通過和電場類比進行教學。比如磁感應強度與電強場度類比；磁感線與電場線類比；安培力、洛倫茲力和電場力類比。類比是一種重要的學習方法，它不單單是從舊知識發展新知識的生長點，同時通過對比，使學生辯析兩者的不同，從而對知識的理解更深入。另外，通過類比學習，也可以發展學生的求同思維和變異思維，培養學生的思維能力。

本主題內容對學生的空間想象能力比較高，電流周圍的磁場、安培力和洛倫茲力等內容都涉及到不同物理量之間的空間關系。在教學中注意通過立體圖和平面圖（三視圖）之間的轉化來培養學生的空間思維能力。

帶電粒子在磁場中的運動軌跡是圓周，解決這類問題，對平面幾何中圓的知識應用較多，通過習題訓練，可以培養學生應用數學知識解決物理問題的能力。

本主題涉及到很多實際應用，課本中涉及到磁電式電流表、電視顯像管、回旋加速器、質譜儀等，課后習題涉及到電流天平、速度選擇器、磁流體發電、電磁流量計等。通過這些內容可以激發學生的學習興趣，可以使學生樹立理論聯系實際的意識，還可以訓練學生把實際問題轉化成物理模型的能力。

注意物理學思想與方法的滲透。新課標教材首次引入“電流元”這個物理量，就像質點、點電荷、試探電荷一樣，電流元也是一個理想化模型。另外，電流元還涉及到“微元法”這一物理思想。其實我們在引導學生分析電流在非勻強磁場受力時，需要用到微元法，這次課改把微元法納入教材內容，提醒我們在課堂上應該有意識、有步驟地滲透物理思想和方法。

本主題的教學內容，對后續知識的學習是重要的基礎。比如選修 3-2 中電磁感應、交流電和選修 3-4 中的電磁場和電磁波。

（三）對磁感應強度概念的深入理解 1．磁感應強度的幾種定義

磁感應強度是描述磁場的基本物理量，已知一個磁場的磁感應強度的分布，就可以確定運動電荷、電流在磁場中受到的作用力。磁感應強度 B 是和靜電場的電場強度 E 相對應的物理量。靜電場對電荷有作用力，靜電場可以用檢驗電荷在電場中各點受到的力來研究，電場強度 E 定義為 E=F/q。研究 磁場也要引進一個檢測的物體，由于磁場對運動電荷、電流有作用力，對通電線圈有力矩的作用，所以可以采用這三種物體作為檢測磁場的物體，采用不同的檢測物體，也就相應地給出了磁感應強度 B 的不同定義。

2.下面介紹常見的磁感應強度的三種定義方法。

(1)用一段通電直導線受到的磁場力來定義

通電直導線在磁場中受到力的作用，這種力叫做安培力。實驗表明，如果直導線的長度為 L，電流為 I，垂直放在勻強磁場中，作用在導線上的安培力大小為 F=ILB。由此可以定義磁感應強度 B，即 B=F/(IL)。

這種定義方法是用一小段通電導線作為檢測物體，安培力能夠演示，形象直觀，便于學生接受。中學教科書多采用這種定義方法，在中學物理實驗室用來測量 磁感應強度的電流天平就是根據這個原理設計的。但是這種方法確定的是一小段通電導線所在范圍內磁感應強度 B 的平均值，只有對勻強磁場，給出的才是各點的 B ；對于非勻強磁場，不能給出各點的 B，因此，對學生建立磁感應強度的概念有不利之處。

(2)用通電矩形線圈受到的力矩來定義

面積為 S 的小矩形線圈，通以電流 I，當線圈平面跟磁場平行時，線圈所受磁場力的力矩為 M=BIS，由此可給出 B 的定義式，即 B=M/(IS)。

由于線圈等效于一個小磁針，線圈在磁場中受到的作用力相當于小磁針受到的作用力。所以用線圈作為檢測物體來研究磁場，與歷史上對磁場的認識過程比較一致，某些普通物理教科書中有采用這種定義方法的，但是由于線圈總有一定的大小，所確定的也是線圈范圍內的磁感應強度 B 的平均值，不能嚴格地確定磁場中各個點的 B。

(3)用運動電荷受到的磁場力來定義

實驗表明，運動電荷在磁場中要受到力的作用，這個力叫做洛倫茲力。運動電荷 在磁場中某點所受磁場力的大小跟電荷量 q、運動速度 v 以及該點的磁感應強度 B 有關系，還跟運動方向與磁場方向間的夾角有關系，當電荷運動的方向垂直于磁場時所受的磁場力最大，且 F=qvB，由此可給出磁感應強度 B 的定義式，即 B=F/(vq)。

電磁學是研究電磁場與電荷間相互作用及運動規律的，電磁場對電荷有作用 力，通過電場對電荷的作用力引入了電場強度 E，與此對應，通過磁場對運動電荷的作用力來引入磁感應強度 B。從理論上講，這種定義 B 的方法也比較本質、嚴謹，所以許多教科書中采用這種定義方法，但這種定義方法比較抽象，要求學習者有較高的抽象思維能力和推理能力。

磁感應強度還有一個名稱叫做磁通密度，即它在數值上等于通過與磁場方向垂直的單位面積的磁通量大小，反映了該處磁感線的疏密情況。這種定義方法可以把描述磁場的兩種方法磁感應強度和磁感線有機地結合起來，便于學生理解。

3.《磁場》知識的拓展

磁的應用非常廣泛，隨著傳感器技術的不斷發展，和磁有關的霍爾元件得到廣泛應用，我們下面主要介紹霍爾效應及其應用。

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于 1879 年在研究金屬的導電機構時發現的。后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?；魻栃彩茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

在半導體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為 B 的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產生電勢差為 U H 的霍爾電壓。

根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。

由于通電導線周圍存在磁場，其大小與導線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。其優點是不與被測電路發生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。

如果把霍爾元件按預定位置有規律地布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號就可以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間內發出的脈沖數，則可以確定其運動速度。

2010 年北京高考就考察了霍爾效應及其應用，題目如下：

23.（18 分）利用霍爾效應制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應用于測量和自動控制等領域。本題在題干中介紹了霍爾效應的現象和產生機理等相關知識，考察學生聯系實際，建立物理模型，應用所學知識解決實際問題的能力。在第 3 問還提出一個開放性問題 “利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程。除此之外，請你展開“智慧的翅膀”，提出另一個實例或設想?！北驹O問給學生提供了一個對問題進一步探索研究的空間和平臺，引導學生學以致用、關注社會、關注身邊的生活。應該說，這樣設問，體現了課程改革的基本理念，對提高學生的科學素養、對中學物理教學起到了良好的導向作用。

二、《磁場》主題的教學策略

《磁場》主題的教學重點是，第一，學生在認識磁場的基礎上正確理解磁場的描述方法，即理解磁感應強度這個概念以及磁感線的物理意義。第二，磁場對通電導線或運動電荷的作用力，即安培力和洛倫茲力。本主題的難點是應用磁場對運動電荷的作用規律來分析粒子在磁場中的運動，以及和磁場有關的實際應用。

（一）《磁感應強度》教學策略

磁感應強度是電磁學的基本概念之一，是本主題的重點。磁感強度概念的引人、方向的規定、大小的定義都可以通過和電場強度類比來學習，通過學習，可以讓學生體驗類比這種科學研究方法。但磁感強度方向的規定用小磁針 N 極的受力方向，磁感強度的大小利用電流受力來定義，這又比電場強度定義更復雜，往往使學生產生混淆。

有的教材中引人電流元這個理想模型，就像質點、點電荷、試探電荷一樣，電流元也是一個理想化模型。另外，電流元還涉及到“微元法”這一物理思想。在用 V-t 圖像求位移時，學生已經接觸過微元法，電流元的引人可以讓學生進一步體悟“微元法”這一物理思想。

磁感應強度是用比值定義法來定義的。比值定義法 是物理中最常用的定義物理量的方法，類比電場強度，結合微元法，使學生進一步鞏固比值定義法。

《磁感應強度》教學案例

1.磁感應強度的方向

小磁針在磁場中靜止時，它的 N、S的指向是唯一確定的，撥動它，它將發生轉動，但當它重新靜止時，又回到原來的指向。所以物理學中就把小磁針靜止時 N 極所指的方向規定為該點的磁場方向，即磁感應強度的方向?；蛘哒f，小磁針N極的受力方向或S極受力的反方向為該點的磁感應強度的方向。

2.磁感應強度的大小

問題：小磁針確定磁場的方向非常方便，但無法確定N、S 極在磁場中的受力大小，怎么確定磁場的強弱呢？

磁場除了對磁體有力的作用外，還對通電導線有力的作用。我們可以根據通電導線在磁場中的受力情況來描述磁場的強弱。請學生猜想磁場對電流的作用力和哪些因素有關？

做好如圖所示的定性演示實驗：

（1）磁場力大小和懸線的偏角正相關，為了現象明顯，懸線不能太短。演示時注意裝置的擺放，讓學生便于觀察偏角的大小。

（2）當偏角不同時，要慢慢移動磁體使導線相對于磁體的位置不變。（3）分別接通1、2和1、4，改變導線通電部分的長度，保持電流大小相同，比較偏角大小。

（4）保持通電部分長度不變，改變電流的大小，比較偏角的大小。

定量實驗表明：當通電導線和磁場垂直時，它受力的大小與導線的長度 L 成正比，又與導線中的電流 I 成正比。即 F ∝ IL。或者 F/IL= 定值。這個定值的大小可以反映磁場的強弱，定值越大，表明磁場越強。

為了反映磁場中各點的磁場強弱，在物理學中，把很短一段通電導線中的電流 I 與導線長度 L 的乘積 IL 叫做電流元。電流元和質點、點電荷一樣都屬于理想化模型。有了電流元這個模型，我們就可以定義 磁場中每一點磁場的強弱 , 即磁感應強度的大小。

定義：當導線和磁場垂直時，若電流元 IL 在該點所受磁場力為 F，則磁感應強 度 B 的大小大小等于 F 與 IL 的比值。

對于該定義，應該強調以下幾點：

? 磁感強度 B 的單位特斯拉 T 由定義式確定，1T=1NAm ? 定義的前提條件是導線和磁場垂直。

? 在磁場中同一點，F/IL= 定值。即某點磁感應強度 B 與電流元 IL、及其受力 F 無關。

? 磁感應強度 B 的方向并非 F 的方向，二者互相垂直，B 的方向為小磁針 N 極的受力方向。

作為對磁感應強度這個概念的的復習鞏固，可對比磁場和靜電場，比較磁感應強度和電場強度的異同。兩者都用比值法定義物理量，其基礎是力與電荷量、電流元成正比，比值反映了場的強弱；二者也有明顯不同，從方向看，靜電力與電場強度的方向總是相同或相反，而磁場對通電導線的作用力方向與磁感強度的方向總垂直。從大小看，某試探電荷在電場中某位置受靜電力的大小是一定的，而某電流元在磁場中受的磁場力大小還與通電導線如何放置有關，定義式的成立條件是磁場和導線垂直。

（二）《磁感線》教學策略

用磁感線描述磁場的強弱和方向，由于有初中基礎和前面電場線的學習，理解起來并不困難。但由于磁感線的分布是空間的，而不是平面的，應該通過演示實驗來加深認識，教學中應注意培養學生學習的空間想象力?？梢圆扇?“一圖多畫”的辦法，即對于同一個物

-1-1理情景，從不同的角度用圖形來描繪，可以先畫出立體圖，然后轉化成不同的平面圖，像正視圖、側視圖和俯視圖。

《磁感線》教學案例

1.磁感線

明確曲線上每一點的切線方向跟這點的磁感應強度方向一致，或者說與靜止于該點的小磁針 N 極所指的方向一致。

可以用鐵屑在磁場中的分布情況來模擬磁感線的形狀。這是因為細鐵屑在磁場中磁化成小磁針，輕敲玻璃板，鐵屑就會有規則地排列起來，模擬出磁感線的形狀。

明確磁感線只是為了研究問題方便而假想的一系列曲線，磁體周圍并不真正存在磁感線。

引人磁感線后，讓學生對比電場線和磁感線，并明確： ? 兩者都用切線方向描述場的方向，用疏密描述場的強弱；

? 電場線是不閉合的，始于正電荷，終于負電荷；磁感線是閉合的，沒有起點和終點。學生明確了用磁感線來描述磁場的強弱和方向后，可以引導學生研究幾種常見的磁場，加深理解，同時也為進一步學習提供具體的磁場形式。

學生在初中已經學習過條形磁體、蹄形磁體、同名磁極間、異名磁極間的磁感線。比較熟悉通電螺線管周圍的磁場。高中階段我們在復習以上磁場的基礎上，應該把通電直導線和環形電流的磁場作為重點。

首先用細鐵屑模擬出通電直導線的磁感線，使學生認識到通電直導線周圍的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓。然后用小磁針來確定磁感線的方向。把實驗現象用圖形表示出來，和學生共同總結出安培定則。

為了培養學生的空間想象能力，可以引導學生做一做圖形轉換，先畫出通電直導線周圍磁場的立體圖，然后轉換出平面圖。首先讓學生識記兩個表示方向的符號 × 和 · 的意義，然后帶領學生畫出縱剖圖，圖中的符號 × 和·表示磁感線的方向。接著再讓學生畫出俯視圖和仰視圖，圖中的符號 × 和·表示電流的方向。引導學生比較仰視圖和俯視圖，兩圖描述同一磁場的磁感線，一個是逆時針，而另一個是順時針，所以我們描述環形磁場方向的時候，必須明確觀察的角度。由于磁感線的分布是空間的，而不是平面的，所以我們有必要演示磁場的空間分布情況，圖中的實驗裝置給學生看一看，學生馬上有豁然開朗的感覺。

對于環形電流的磁場，從磁感線的描述、磁場方向的確定到安培定則的得出，由于有直導線的磁場作為鋪墊，教師只要做好演示實驗，歸納和總結大可讓學生完成，一方面是給學生一個練習的機會，另一方面也可以培養學生的思維能力和科學表述能力。

最后，教師可以引導學生把環形電流和通電直導線以及通電螺線管的磁場做一做分析對比。我們可以把環形電流分割成無數個電流元，每一個電流元可以看成是一個通電直導線，環形電流的磁場可以認為是這些電流元的磁場進行矢量疊加得到的。從另一個角度看，環形電流也可以看作只有一匝的通電螺線管，從磁場分布情況看，通電螺線管可以等效成一個條形磁體，環形電流可以等效成一個小磁針。通過這樣的類比，使學生對電流的磁場形成一個統一的認識，另外等效思想也為學生分析具體問題提供了一個非常方便的辦法。比如下面問題：

如圖所示，兩個完全相同的閉合導線環掛在光滑絕緣的水平橫桿上，當導線環中通有同向電流時(如下圖)，兩導線環的運動情況是()A.互相吸引，電流大的環其加速度也大 B.互相排斥，電流小的環其加速度較大 C.互相吸引，兩環加速度大小相同 D.互相排斥，兩環加速度大小相同

盡管學生還沒有學習左手定則，但我們可以用等效方來分析本題，把兩個環形電流等效成一對小磁針，靠近的兩端為異名磁極相互吸引，所以兩個導線環互相吸引，又由于牛頓第三定律，相互作用力大小相等，而兩環完全相同，由牛頓第二定律可知，兩環加速度大小相同。所以正確答案為 C。本題也可以把環形電流分割成無數的電流元，每兩個相對的電流元電流方向相同，相互吸引。

2.分子電流假說

安培分子電流假說，盡管教學要求不高，但對培養學生的物理思維有非常重要的價值，使學生感受物理理論的和諧、統一。進一步理解磁現象的電本質，使學生體會由事物的表面現象挖掘其本質原因的思維過程，培養思維的深刻性。

有必要讓學生知道，“假說”是用來說明某種現象但未經實踐證實的命題。在物理規律和物理理論建立的過程中，假說常常起著很重要的作用。它是在一定的觀察和實驗的基礎上概括和抽象出來的。安培分子電流就是在“通電螺線管磁場與條形磁鐵的磁場極為相似”這一事實的啟發下，結合環形電流磁場的特點，經過思維發展而產生出來的，這種從表面現象的簡單相似到本質的內在聯系的發展，體現了物理學深刻而又簡潔之美。

安培電流假說把電流的磁場和磁體產生的磁場很好地統一起來，利用它可以很好地解釋磁化和消磁這兩種物理現象。

（三）《磁場對通電導線的作用力》教學策略

對于安培力的大小，在前面定義磁感應強度的大小時學生對磁場和導線垂直的情況已經了解，通過公式變形，很容易得到安培力大小的公式。這里需要學生理解當導線和磁場不垂直的情景，安培力大小如何確定。安培力、電流和磁感強度三者方向的空間關系是教學難點。教學中首先做好演示實驗，學生在實驗現象的基礎上，建立三維坐標系，標清三者的方向，正確理解三者之間的空間關系，并得出左手定則。

安培力、電流和磁感強度三者方向的空間關系是培養學生空間想象能力的好題材，要使學生能夠看懂立體圖，并能熟悉地轉化成平面圖，如各個角度的側視圖、俯視圖和剖面圖。讓學生養成作圖分析問題的良好思維習慣，需要一定量的習題來訓練和鞏固。

學習安培力后，可以把安培力和靜力學及平衡狀態進行綜合命題，培養學生的綜合能力。通過練習，使學生樹立電磁學問題轉換為力學問題、把陌生問題轉換成熟悉問題的轉換意識。這類問題，把三維立體情景轉化為同一平面內的共點力平衡，做好平面受力圖，養成受力分析的好習慣，是解決這類問題的關鍵。

《磁場對通電導線的作用力》教學案例

1.安培力的方向

做好演示實驗，引導學生認真觀察記錄、分析實驗現象。記錄和分析的過程本身就是培養學生空間思維能力的過程，要很好地把握。如圖，把實驗結果用三維坐標圖記錄下來；并學習教材介紹的左手定則驗證實驗現象。分別改變磁場方向和電流方向，先讓學生用左手定則預測安培力的方向，然后用實驗驗證。為了讓學生熟練掌握左手定則，這時可以安排練習讓學生熟悉左手定則的應用。比如下題。

在下列各圖中，分別標出了磁場 B 的方向，電流 I 方向和導線所受安培力 F 的方向，其中正確的是

當然本題也可以改編為電流、磁感線、安培力三個方向，知道其中兩個，判斷第三個物理量的方向。

對于導線和磁感線方向不垂直的情況，往往學生感到困難，先讓學生觀察演示實驗，轉動磁極，使磁感線和導線方向夾角不是 90 度，學生通過懸掛導線的偏轉認識到，安培力的方向不變，大小減小。然后作圖分析。比如圖中的情形，磁感線和電流方向不垂直，由實驗結果知安培力的方向垂直紙面向里。這里，可以和學生一起復習立體幾何的一個定理：如果一條直線垂直于平面內兩條相交的直線，則該直線和平面垂直?？梢姡还茈娏骱痛鸥芯€夾角如何，安培力一定既垂直于電流，也垂直于磁感線，即垂直于電流和磁感線所確定的平面。這種情形也可以用左手定則來判斷安培力的方向，但注意磁感線是傾斜穿過掌心。如圖所示的情形，安培力應該垂直紙面向里。分析下面習題：

關于左手定則的使用，下列說法中正確的是（）

A.在電流、磁感應強度和安培力三個物理量中，知道其中任意兩個量的方向，就可以確定第三個量的方向

B.知道電流方向和磁場方向，可以唯一確定安培力的方向 C.知道磁場方向和安培力的方向，可以唯一確定電流的方向 D.知道電流方向和安培力的方向，可以唯一確定磁場方向

我們知道，不管電流與磁場夾角如何，安培力方向不變，所以知道電流方向和磁場方向，可以唯一確定安培力的方向。所以正確選項是Ｂ。

左手定則涉及三個物理量的方向，三維圖的立體感強，具有直觀、形象、逼真等特點，而學生的空間想象力還不強，教學中要重視對三維圖形的識讀訓練。2009 年北京高考第 23 題以電磁流量計為背景命題，很多考生就是因為對電磁流量計的立體圖讀不懂而導致丟分。但三維圖在表達方向、夾角和力的圖示等方面不如二維圖形表達得清楚、準確，因此，有效地訓練如何恰當地用用側視圖、俯視圖和剖面圖等表達很有必要。比如讓學生練習把圖示的立體情景轉換為平面圖。2.安培力的大小

首先讓學生明白兩種特殊情況。從磁感應強度大小的定義式變形，很容易得到電流與磁場方向垂直時，安培力 F=BIL。另外，讓學生明確當電流和磁場方向平行時，安培力為 0.再引導學生根據等效替代關系，對磁感應強度進行矢量分解，把磁感強度 B 沿平行于電流和垂直于電流兩個方向分解為 B2 和 B1。則 B2 分量對電流的安培力為零，所以磁場對電流的安培力為 B1分量對電流的安培力。

這里應該讓學生體會由特殊到一般的研究思路以及等效替代的物理思想。明確了安培力的大小和方向，應該引導學生把安培力和電場力做對比：電荷在電場中某點受到的靜電力是一定的，方向與電場強度的方向同向或反向。而電流在磁場中受到的安培力大小和電流與磁感線的夾角有關，方向與磁感強度的方向垂直。

安培力的規律學完后，我們可以和學生分析兩根平行通電導線之間力的作用，作為安培力知識的應用。以習題的形式給出以下問題讓學生分析：

兩根平行的通電導線，其電流方向如圖所示，請分析：(1)I1 在 I2 處產生磁場 B1 方向？(2)I2 受到 I1 磁場的作用力如何？(3)I1 受到 I2 磁場的作用力如何？

分析時注意引導學生做出平面圖，可以畫出正視圖（剖面圖）；也可以畫出俯視圖來分析。課堂上讓學生把兩個圖都畫一畫，對培養學生的空間思維能力是很有幫助的。

磁電式電流表是安培力的一個重要應用。學生在實驗中多次使用過電流表和電壓表，也知道它們都是由表頭改裝而成。有進一步學習表頭的結構和原理的動機和興趣。如果條件允許的話，先讓學生觀察實物，找到磁體、極靴、鋁框、鐵質圓柱、線圈、螺旋彈簧、指針等構件。了解它們之中哪些是固定的，哪些是可動的。然后利用結構圖引導學生進行分析。

a.在線框轉動范圍內，線框所在的B的大小和方向如何？

由于極靴的作用，極靴與鐵質圓柱間的磁場都沿半徑方向，而且在同一圓周上，磁感強度 B 的大小相等。

b.線框轉動過程磁力大小變化否？ 線圈無論轉動到什么位置，線圈平面都跟磁感線平行，左右兩邊受到的磁力大小不變。c.在線框轉動時，螺旋彈簧阻力如何變化？

隨著線圈轉動，螺旋彈簧形變變大，彈簧阻力變大。進一步研究表明，彈簧阻力和線圈轉過的角度成正比。

d.電流與指針偏角的關系？

當線圈停止轉動時，安培力和阻力對線圈產生的轉動效果相當，可見電流越大，指針偏角越大，指針偏角和電流大小成正比，所以電流表刻度均勻。

（四）《磁場對運動電荷的作用力》教學策略

關于洛倫茲力的方向教學，在安培力知識的基礎上，通過提出問題、進行猜想和假設，然后通過實驗驗證、分析論證，使學生經歷一次實驗探究過程。對于洛倫茲力的大小，引導學生由安培力的表達式推導出洛倫茲力的表達式，使學生經歷一次理論探究過程。

陰極射線管的實驗，當學生看到磁體使亮線發生彎曲時，覺得非常新奇、刺激，可以大大激發起學生的好奇心和求知欲，因此做好這個實驗非常重要。

《磁場對運動電荷的作用力》教學案例

1.洛倫茲力的方向

提出問題：安培力是磁場對電流的作用力，電流是電荷定向移動形成的，那么安培力的實質是否是磁場對運動電荷的作用力呢？

猜想和假設：如果安培力的實質是磁場對運動電荷的作用力，那么它們應該遵循同樣的物理規律 —— 左手定則。

實驗驗證：介紹陰極射線管，讓學生明白電子流的運動方向。介紹磁體如何放置，讓學生明確磁場的方向，然后讓學生運用左手定則來預言，電子流將向哪邊偏轉。當學生看到亮線彎曲，而且和自己的預言完全吻合時，會感到非常興奮。

分析論證：我們把運動電荷受到的力叫做洛倫茲力，運動電荷和電流在磁場中受力都遵循左手定則，可以推斷，安培力是洛倫茲力的宏觀表現。知道了安培力和洛倫茲力的關系，接下來通過類比學習，明確洛倫茲力既垂直于帶電粒子的運動方向，也垂直于磁場方向，即垂直于運動方向和磁場方向所確定的平面。當運動方向和磁場方向垂直時，洛倫茲力最大；當運動方向和磁場方向平行時，洛倫茲力為零。

如果運動電荷為負電荷，電流方向和電荷運動方向相反，這種情況，學生很容易弄錯，需要用習題來強化，比如練習1，知道磁場方向、運動方向和受力方向，讓學生判斷運動粒子的電性。像練習2 這樣的題目其實并不嚴謹，因為磁場并不是唯一確定的，它可以是在豎直平面內和運動方向夾角不為零的任意方向。

與學習安培力的方向一樣，培養學生的空間想象能力同樣是本節課的重要任務，比如我們可以結合三維坐標來讓學生分析磁場方向、電荷運動方向和洛倫茲力方向三者關系。比如練習3.同時本題還用到電場力，學生在完成練習的同時，也在進行二者的對比：洛倫磁力的方向和磁場垂直，電磁力的方向和電場平行。

2.洛倫茲力的大小

首先讓學生理解推導洛倫茲力大小公式的思路。先明確推導的出發點：安培力實際是洛倫磁力的宏觀表現，即一段導線所受安培力等于該段導線內所有電荷定向移動所受洛倫茲力的合力；其次建立推導的物理模型：長為 L 的靜止的通電導線，它受到的安培力除以導體內定向移動的帶電粒子數目，即為每個運動電荷所受到的洛倫茲力。再分析電流強度和電荷定向移動之間的關系，讓學生回顧電流的微觀表達式。抓住了上述線索，思考和討論就有了方向。

即使明確了推導思路，推導過程對大部學生來說還是有一定難度的，教學中 可以采取“搭梯子”的辦法。比如通過思考題的辦法給學生進行逐步提示：

思考：

（l）如何用（單位體積內含的運動電荷數 n，每個電荷電量為 q，電荷的平均定向移動速率是 v，導線的橫截面積是 S）n、q、v、S 來表示通電導線中的電流強度 I ？

（2）如何從合力的觀點出發用洛侖茲力 f 來表達安培力 F 的值？（當通電導線垂直于磁場時）

F = IBL = Nf（N 為導線中電荷總數）

（3）如何求得 N ？（4）能否根據上面的關系，推出一個運動電荷垂直于磁場方向運動時受到的洛侖茲力的大小。

（5）適用條件是什么？

洛倫茲力的計算公式 F=qvB 是在導線與磁場垂直的情況下導出的，這個公式只適用于電荷運動方向與磁場垂直的情況。如果電荷的運動方向和磁場不垂直，應該如何處理，教師提出問題后，應該讓學生獨立完成。對于有困難的學生，可以讓他們參照上一節電流和磁場不垂直的情況來處理。

洛倫茲力對運動電荷不做功，是帶電粒子在磁場中運動的重要特點?？梢砸龑W生分析討論得到。比如讓學生思考下面幾個問題：洛倫茲力一定垂直于粒子的運動方向，它對粒子的速度有何影響？當一個力和物體的運動方向總是垂直的，它是否做功？帶電粒子在磁場中運動時，它的動能如何變化？在此基礎上，讓學生完成以下練習：

電子以速度 V，垂直進入磁感強度為 B 的勻強磁場中，則（）A、磁場對電子的作用力始終不變 B、磁場對電子的作用力始終不做功 C、電子的動量始終不變 D、電子的動能始終不變

用力學規律來分析洛倫茲力和粒子的運動的關系，使學生意識到帶電粒子的運動規律和宏觀物體的一樣，分析電學問題的總的思路就是把它轉換成力學問題。

可以啟發學生也可以利用運動電荷所受的洛倫茲力來定義磁感強度，這樣不僅拓寬了學生的視野，更重要的是揭示了磁現象的電本質，把 B=F/(qB)與 E=F/q 相比較，它們都是用比值的方法定義物理量。然后讓學生對電場和磁場、靜電力和洛倫茲力進行對比。

? 電場力和洛倫茲力的比較

1.在電場中的電荷，不管其運動與否，均受到電場力的作用；而磁場僅僅對運動著的、且速度與磁場方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用。

2.電場力的大小 F ＝ Eq，與電荷的運動的速度無關；而洛倫茲力的大小 f=Bqvsinα, 與電荷運動的速度大小和方向均有關。3.電場力的方向與電場的方向或相同、或相反；而洛倫茲力的方向始終既和磁場垂直，又和速度方向垂直。

4.電場力既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向，而洛倫茲力只能改變電荷運動的速度方向，不能改變速度大小

5.電場力可以對電荷做功，能改變電荷的動能；洛倫茲力不能對電荷做功，不能改變電荷的動能。

6.勻強電場中在電場力的作用下，運動電荷的偏轉軌跡為拋物線；勻強磁場中在洛倫茲力的作用下，垂直于磁場方向運動的電荷的偏轉軌跡為圓?。▽W完《帶電粒子在磁場中的運動》補充）

3.電視顯像管的工作原理

這部分內容體現了物理知識與科學技術的聯系，培養學生理論聯系實際的作風。對于實際應用問題，不必深究技術細節，重點是理解其應用的物理原理，從實際問題中抽象出物理模型。

電子顯像管中，電子槍利用了熱電子發射和加速電子的原理，這一點和示波管是相同的。而顯像管的偏轉線圈應用了磁場對運動電荷的洛倫茲力作用，即磁偏轉；而示波管用電場來控制電子的運動軌跡，即電偏轉，由于磁偏轉可以使偏轉角為任意值，所以顯像管的屏幕面積更大。

電子技術中的掃描應用的物理原理是速度的合成，學生只要明白電子的水平運動是豎直方向的磁場控制的，而電子的豎直分運動是水平方向的磁場控制的即可。

（五）《帶電粒子在勻強磁場中的運動》教學策略

《磁場》主題的教學難點是帶電粒子在磁場中的運動，盡管在課程標準中沒有明確要求，但作為洛倫茲力的應用，對培養學生的分析能力和應用能力有重要的作用。

因為粒子的運動對學生來說比宏觀物體的運動抽象，學生缺乏感性材料。可以采用了先實驗探究，再理論分析推導的順序。帶著實驗得到的感性材料，再用學過的知識進行理論分析，從理論的高度推導出實驗現象的必然性，這樣先實驗觀察再理論論證比較符合一般的認知過程。也降低了學習的難度。如果學生整體水平比較高，也可以采用先理論分析，再實驗驗證的順序，給學生提供高強度思維訓練的材料。作為帶電粒子在勻強磁場中運動的知識在現代科學技術中的應用實例，質譜儀和回旋加速器也是本節課的重要內容，可以培養學生的綜合運用力學知識和電學知識的能力。

《帶電粒子在勻強磁場中的運動》教學案例

首先讓學生了解洛倫茲力 演示儀的結構和原理。電子槍產生的電子射線可以使玻璃泡內的稀薄氣體發出輝光，顯示電子的運動軌跡。電子運動速度的大小可以通過加速電壓來調節。兩個相隔一定間距的環形線圈（亥姆霍玆線圈）之間產生勻強磁場，磁場的方向和兩線圈中心的連線平行，即與電子運動方向垂直。磁感應強度的大小可以通過調節勵磁線圈的電流來調節。

實驗演示：

1.不加磁場觀察電子射線的軌跡。

2.加上和電子運動方向垂直的勻強磁場，觀察電子射線的軌跡。

3.保持電子速度不變，通過調節勵磁電流改變磁感應強度，觀察圓形軌跡如何變化。4.保持磁感強度不變，通過調節加速電壓改變電子運動速度，觀察圓形軌跡的半徑變化。

理論推導：

垂直射入勻強磁場的電子，它的初速度和所受洛倫茲力都在垂直于磁場的同一平面內，沒有其他作用使粒子離開這個平面。洛倫茲力始終垂直于粒子的運動方向，只能改變速度的方向，而不能改變速度的大小，它的效果就是粒子做勻速圓周運動的向心力。

1.洛倫茲力提供向心力 qvB=mv/R 2.所以軌道半徑 R=mv/qB 根據軌道半徑的表達式，分析粒子的速度和磁感強度對軌道半徑的影響，和剛才的實驗現象相印證。

進一步提出問題：若增大粒子運動的速度，由剛才分析知軌道半徑會增大，它運動一周所需的時間（周期）如何變化？

2有學生認為速度變大，周期變??；也有的認為速度ｖ增大，圓的周長變大，周期變小。這兩種想法考慮的都不全面，提示學生必須推導出周期的數學表達式進行分析。由此培養學生利用數學知識分析物理問題的意識和能力。

1.圓周的周長為 S=2πR 2.周期為 T=2πR/v 3.把軌道半徑 R=mv/qB 代入得 T=2πm/(qB)由周期的表達式可知，周期和粒子的運動速度及軌道半徑無關，周期大小取決于磁感強度和粒子的比荷。

對于帶電粒子在磁場中的運動，要求學生明確兩種情況： 1.若帶電粒子的運動方向與磁場方向平行 v∥B，f = 0，→ 勻速直線

2.若帶電粒子的運動方向與勻強磁場方向垂直 v ┴ B，f ┴ v，f = C，勻速圓周運動。

三、學生學習中常見的錯誤與問題分析與解決策略

（一）前知識引起的負遷移，導致學生對新知識理解性錯誤

對于磁場，可以通過和電場類比進行教學。類比學習，可以讓學生由舊知識很快遷移到新知識上。但是隨著學習的深入，往往有同學不去注意電場和磁場兩者的區別，造成理解上的錯誤。因此我們更應該注意新舊知識之間的差別，防止出現負遷移。

1.關于磁場的產生

我們知道，在電荷或帶電體周圍存在電場；根據麥克斯韋理論我們知道，變化的磁場也可以產生電場。但磁場的來源比電場就復雜的多，對此，學生往往容易引起混亂。教師在恰當的時機應該進行歸納和概括，以澄清學生的錯誤認識。

我們知道，磁體周圍存在磁場，電流周圍也存在磁場，學習完安培電流假說，我們知道二者在本質上是一致的，即磁現象的電本質，而電流是電荷定向移動形成的，總而言之，運動電荷的周圍產生磁場。歷史上有一個著名的實驗叫羅蘭實驗，在帶電的絕緣圓盤附近設置一個小磁針，起初小磁針由于地磁作用指向南北方向，但是，當圓盤轉到起來，小磁針有了新的指向，說明轉動的圓盤周圍產生了磁場，其實質是圓盤上的電荷隨圓盤發生定向移動從而產生磁場。但是我們剛才所進行的是不完全歸納，如果有同學概括歸納為：一切磁場都是由于電荷運動而產生的，這就是錯誤的。因為我們后面還會學習到麥克斯韋理論，變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，可見電場和磁場還可以互相感生，可以脫離電荷而存在。所以在教學中，我們既要引導學生對知識進行歸納和總結，提煉出最本質、最簡潔的統一規律，又要注意理論的嚴謹，為以后的學習留下知識的增長點。

2.關于磁感應強度概念

由電場強度過渡到磁感應強度，因為其物理思想相同，所以學生接受起來非常容易。但磁感應強度的方向和大小的定義并不是根據同一個物理事實，這一點往往造成學生的錯誤理解。所以學完以后，一定要注意引導學生比較磁感應強度和電場強度這兩個概念的異同。

兩者的相同點：都用比值法定義物理量，其依據是力與電荷量或電流元成正比，比值反映了場的強弱；但是我們更應該引導學生分析兩者的區別，從方向看，靜電力與電場強度的方向總是相同或相反，而電流或運動電荷所受的磁場力方向與磁感強度的方向總垂直，因為磁感強度的方向是用小磁針 N 極的受力方向來定義的。從大小看，某試探電荷在電場中某位置受靜電力的大小是一定的，而某電流元在磁場中受的磁場力大小還與通電導線如何放置有關，磁感應強度定義式的成立條件是磁場和導線垂直。對于這些區別，學生很容易混淆，我們可以通過一些辨析題來加深理解：

(1)磁場中某處的磁感應強度大小，就是通以電流 I，長為 L 的一小段導線放在該處時，所受的磁場力 F 與 I、L 乘積的比值。

錯誤原因：學生機械地記憶公式，不注重物理公式的成立條件。電流在磁場中受的磁場力大小與導線如何放置有關，磁感應強度定義式的成立條件是磁場和導線垂直。

(2)一小段通電導線放在某處不受磁場力的作用，則該處一定沒有磁場。錯誤原因：沒有正確地區分電場力和磁場力。試探電荷在電場中某位置受電場力的大小是一定的，若電場力為零，則該處的電場強度一定為零；但是，磁場不同，當導線和磁場方向同向時，即使磁感強度不為零，也不受到磁場力的作用。

(3)垂直于磁場而放置的通電導線的受力方向就是磁感應強度的方向。

錯誤原因：概念掌握不準確，磁感應強度的定義中，大小和方向從不同的角度來定義。磁感強度的方向是用小磁針 N 極的受力方向來定義的，而磁場力方向與磁感強度的方向總垂直。(4)一小段通電導線放在磁場中 A 處時受磁場力比放在 B 處大，則 A 處磁感應強度比 B 處的磁感應強度大。

錯誤原因：由于電場強度產生的負遷移，對于電場，場強大，同一電荷受力大。而通電導線受到的磁場力和該導線如何放置有關。

(5)因為 B=F/IL，所以某處磁感應強度的大小與放在該處的電流元 IL 的乘積成反比。

錯誤原因：不理解比值定義法，垂直放在某處的電流元，所受的磁場力和電流元 IL 的乘積成正比，即比值不變，這個比值就是磁感應強度。所以磁感應強度和電流元 IL 的乘積無關。

（二）對磁場力認識模糊，導致分析錯誤

磁體和電流周圍都存在磁場；磁體和磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間都存在相互作用的磁力；對于種類繁多的磁場力，往往容易引起學生混亂。如何判斷磁體受到的磁力方向？初學者往往找不到明確的思路。他們往往根據 同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引來判斷，就可能得到錯誤的結論；而對于電流對磁體的作用方向更是無從下手。其實問題的根源還在學生沒有深入理解磁感應強度的概念，我們把小磁針Ｎ極的受力方向規定為該處磁感應強度的方向，由此我們可知，磁體的Ｎ極受力方向就是該處的磁場方向，而Ｓ極受力方向是該處磁場的反方向。從場的角度認識和分析磁場力才是科學的思維方法。分析下面例題來澄清學生的模糊認識：

1.如圖所示，彈簧秤下掛一條形磁鐵，其中條形磁鐵 N 極的一部分位于未通電的螺線管內，下列說法正確的是

① 若將 a 接電源正極，b 接負極，彈簧秤示數減小 ② 若將 a 接電源正極，b 接負極，彈簧秤示數增大 ③ 若將 b 接電源正極，a 接負極，彈簧秤示數增大 ④ 若將 b 接電源正極，a 接負極，彈簧秤示數減小 A ①② B ①③ C ②③ D ②④

常見錯誤：根據同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，若將 a 接電源正極，b 接負極，通電螺線管下端是 S 極，而條形磁體下端是 N 極，相互吸引，所以彈簧秤示數增大。出現這樣的錯誤，說明學生對磁場的認識還不到位，還是停留在磁體間相互作用的感性認識水平。

解決這個問題，應該讓學生認識到 磁體和電流周圍都存在磁場；磁體和磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間都存在相互作用的磁力；它們間的作用力是通過磁場而發生的。而磁場力的方向取決于磁場的方向。對于磁體受到的磁場力，磁體 N 極受力方向和磁場方向相同；S 極受力方向和磁場方向相反。對于電流或運動電荷在磁場中的受力方向，根據左手定則來判斷。本題中彈簧秤的示數變化取決于磁體受到的磁場力，首先要根據安培定則判斷通電螺線管內部磁場的方向。若將 a 接電源正極，b 接負極，螺線管內部磁場方向向上，所以磁體 N 極受力方向向上，S 極受力方向向下，但 N 極受到的磁場力大于 S 極受到的磁場力，合力方向向上，彈簧秤示數變小。所以本題正確答案為 B。

2.條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠近S 極一側懸掛一根與它垂直的導電棒，如圖所示(圖中只畫出棒的截面圖)．在棒中通以垂直紙面向里的電流的瞬間，可能產生的情況是

A ．磁鐵對桌面的壓力減小 B ．磁鐵對桌面的壓力增大 C ．磁鐵受到向左的摩擦力

D ．磁鐵受到向右的摩擦力

常見問題：很多同學碰到這個問題，首先想到去分析通電導線對磁體的作用力，他先畫出導線周圍的磁感線分布情況，再分析磁體的 N 極和 S 極的受力情況，這樣分析，把問題復雜化，導致無法求解。

解決這類問題，要啟發學生應用逆向思維。由于牛頓第三定律同樣適用于電磁力，我們可以先分析磁體對通電導線的作用力，先畫出磁體周圍的磁感線，再根據左手定則判斷出通電導線所受磁場力的方向，應用牛頓第三定律就可以判斷磁體受到的磁場力。再對磁體進行受力分析，可以判斷正確答案為 AC。

（三）對洛侖茲力方向判斷有誤，導致分析問題出錯

洛侖茲力的方向判斷也用到左手定則，四指所指的方向應該是正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，出錯往往是由于學生不注意運動電荷的電性正負，或運動方向的變化而導致洛侖茲力方向分析錯誤。請看下例：

3.如圖所示，厚度為 h，寬度為 d 的金屬導體板放在垂直于它的磁感應強度為 B 的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面 A 和下側面 A'之間會產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應。設電流 I 是由于電子的定向移動形成的，請分析達到穩定狀態時，比較導體板上側面 A 的電勢與下側面 A'的電勢的高低。

常見錯誤：在磁場中定向移動時所受洛侖茲力的方向判斷錯誤，或者沒有意識到電子帶負電，電勢高低判斷錯誤。

本題首先要正確判斷電子所受磁場力的方向，根據左手定則，四指指向電流的方向（或者說電子定向移動的反方向），可以判斷洛侖茲力方向向上。上側面聚集了多余的電子，下側面缺少電子，由于電子帶負電，所以下側面帶正電電勢高。這樣在導體內部又建立了電場，當電子所受的磁場力和電場力平衡時，就達到了穩定狀態，上下兩個側面的電勢差保持不變。

如果本題中的導電材料是半導體，靠空穴的定向移動形成電流，那么上下兩個側面哪個電勢高呢？我們知道空穴帶正電荷，由于磁場方向和電流方向不變，空穴定向移動所受磁場的方向也不變，即空穴所受洛侖茲力方向向上。所以上側面聚集了帶正電的空穴，上側面電勢更高。可見，對于不同導電材料，在磁場和電流方向相同的情況下，霍爾電勢差的正負和載流子有關。洛侖茲力的方向隨著電荷運動方向的變化而變化，當電荷運動反向時，洛侖茲力的方向隨之而反向，很多學生因為思維定勢，而導致出錯。

4.如圖所示，用長為 L 的細線把小球懸掛起來做一單擺，球的質量為 M，帶電量為-q，勻強磁場的磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為 B。小球始終在垂直于磁場方向的豎直平面內往復擺動，其懸線和豎直方向的最大夾角是 60。試計算小球通過最低點時對細線拉力的大小。

0

常見錯誤：

解：小球從靜止開始運動到最低點的過程中，利用動能定理 mgL（1—cos60）=mv/2 得 v=√gL 當小球從左向右通過最低點時 T1—qvB—mg=mv/L 得 T1 =2mg+qB√gL。

本題出現錯誤是由于學生沒有注意到當帶電粒子的運動方向相反時，所受洛侖茲力的方向反向。造成答案不完整，反映了學生思維的嚴密性需要進一步加強。所以在動力學問題中如果出現洛侖茲力，一定要注意當粒子運動方向變化時，洛侖茲力方向隨之而變化。補全另一種情況：當小球從右向左通過電低點時，洛侖茲力反向，有

T2 + qvB — mg = mv /L 得 T1=2mg—qB√gL。

（四）粒子在場中的運動分析不透徹導致錯誤

明確了粒子在電場和磁場中的受力特點，就可以根據動力學規律確定粒子在電場或磁場中的運動。學生必須綜合應用電磁學和力學知識來進行分析推理，從而解決問題。這里面涉及到的知識點多，對學生邏輯思維能力要求比較高，學習過程中很多學生會出現困難。

要解決這個問題，就要培養學生良好的思維習慣。從受力分析入手，判斷帶電粒子的運動形式，再根據該種運動所遵循的物理規律來進行演繹推理。

5.如圖所示，在豎直虛線 MN 和 M′N′ 之間區域內存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場，一帶電粒子（不計重力）以初速度 v0 由 A 點垂直于 MN 進入這個區域，帶電粒

220

2子沿直線運動，并從 C 點離開場區。如果撤去磁場，該粒子將從 B 點離開場區；如果撤去電場，該粒子將從 D 點離開場區。則下列判斷正確的是

A ．該粒子由 B、C、D 三點離開場區時的動能相同 B ．該粒子由 A 點運動到 B、C、D 三點的時間均不相同

C ．勻強電場的場強 E 與勻強磁場的磁感應強度 B 之比

D ．若該粒子帶負電，則電場方向豎直向下，磁場方向垂直于紙面向外

常見錯誤及錯誤原因分析：錯選Ａ：不能正確理解洛倫茲力對運動電荷不做功，或者不會用動能定理分析粒子的動能變化。錯選Ｂ：只是淺層次地根據三種情況下粒子的運動軌跡不同來猜測，沒有根據各自的運動特點通過推理來確定不同情況下的運動時間。錯選Ｄ：不能正確找出帶電粒子所受電場力和磁場力的方向與電場和磁場方向之間的關系。

本題目既要求學生對磁場力和電場力的知識清晰，又要求學生會根據動力學規律來進行分析推理，對學生的分析綜合能力要求較高。通過練習，使學生樹立把電磁學問題轉換為力學問題、把陌生問題轉換成熟悉問題的轉換意識。對于這類問題，養成受力分析的好習慣，根據受力情況和初始狀態確定粒子的運動形式，再根據不同運動的物理規律進行推理分析，是解決這類問題的關鍵。

由題意，當電場和磁場同時存在時，帶電粒子做勻速直線運動，電場力和磁場力二力平衡，它倆大小相等，qv0B=Eq, 可見Ｂ選項正確。若粒子帶負電，電場方向豎直向下，則電場力豎直向上，磁場力與此相反，則磁場方向應該垂直于紙面向里，排除Ｄ。

若撤掉電場，只受磁場力，粒子做勻速圓周運動，運動時間應該等于弧ＡＤ的長度除以速度Ｖ0，又因為洛倫磁力不做功，動能不變。若撤掉磁場，只受電場力作用，粒子將做類平拋運動，在水平方向上的分運動仍為勻速直線運動，運動時間等于線段ＡＣ的長度除以速度Ｖ0，和電磁場同時存在時運動時間相同。所以運動時間應該為ｔD > ｔB ＝ｔC。平拋運動過程中，電場力對粒子做正功，由動能定理可知，粒子動能增大。所以ＥKB > ＥKC= ＥKD。

四、《磁場》學習目標的檢測

根據課標要求，磁場主題的主要檢查的知識點為磁感強度的定義以及磁感線，通電導線和運動電荷在磁場中的受力規律。但新課標更加注重學生能力的培養，“課程總目標”中明確提出，學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決問題。所以測試命題時應該以能力立意，在考察知識的基礎上，更主要的是考察學生的理解能力、分析能力和應用能力。

１.兩個粒子 , 帶電量相等 , 在同一勻強磁場中只受磁場力而作勻速圓周運動。則 A.若速率相等, 則半徑必相等 ； B.若速率相等, 則周期必相等 ； C.若動量大小相等, 則半徑必相等 ； D.若動能相等, 則周期必相等。

盡管帶電粒子在磁場中的運動沒有在《課程標準》中專門提出，但作為洛倫茲力的應用，學生應該熟練掌握。本題綜合應用洛倫茲力和勻速圓周運動的知識，推導出帶電粒子在勻強磁場中運動的半徑和周期表達式，再利用表達式來分析。其中又涉及到動能和動量的概念。

分析：洛倫茲力提供向心力，有 qvB=mv/R, 得半徑Ｒ＝ mv/(qB), 周期Ｔ＝２πm/(qB), 由題干知，電量ｑ和磁感應強度Ｂ相同，要想周期相同，只需要粒子質量ｍ相同，周期Ｔ和粒子速率ｖ無關。要使半徑Ｒ相同，應該是粒子的質量ｍ和速率ｖ的乘積相同，即動量大小相同。所以正確答案為Ｃ。

本題屬于容易題，在掌握相關知識的基礎上，經過簡單的推理，就可以得出正確結論。

2.一束混合的離子束，先徑直穿過正交勻強電場和勻強磁場，再進入一個磁場區域后分裂成幾束，如圖所示，若粒子的重力不計，則分裂是因為（）A ．帶電性質不同，有正離又有負離子 B ．速率不同

C ．質量和電量的比值不同 D ．以上答案均不正確

本題難度較大，學生必須熟練掌握相關知識，并具有一定的分析和推理能力。首先根據粒子束在磁場中的偏轉，應用左手定則來判斷帶電性。然后根據“徑直穿過正交勻強電、磁場”這個條件分析出速度相同的結論。再根據粒子在磁場中軌道半徑的不同來確定荷質比。本題實際是質譜儀的 物理模型，正交的勻強電、磁場是速度選擇儀。

粒子都能沿直線穿過正交的電磁場，說明電場力和磁場力二力平衡，即ｑｖＢ＝Ｅｑ，速度ｖ＝Ｅ/B，所以幾種粒子的速率都相同。進入右端的磁場后做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，根據左手定則，幾種粒子都帶正電。但它們的半徑不同，由導出的結論Ｒ＝ｍｖ/(qB)，在速率ｖ和磁場Ｂ相同的條件下，ｍ /q 比值越大，半徑Ｒ越大。所以正確選項為Ｃ。．如圖 , 用絲線吊一個質量為 m 的帶電(絕緣)小球處于勻強磁場中 , 空氣阻力不計 , 當小球分別從 A 點和 B 點向最低點 O 運動且兩次經過 O 點時()

A 小球的動能相同 B 絲線所受的拉力相同 C 小球所受的洛倫茲力相同 D 小球的向心加速度不相同

本題綜合性較強，對學生分析解決問題的能力要求較高。首先它的受力情況復雜，運動也不是簡單的勻速圓周運動，涉及到的概念有功、動能、向心加速度以及矢量和標量，物理規律有機械能守恒以及圓周運動的規律。首先根據洛倫茲力對運動電荷不做功的特點，絲線拉力也不做功，只有重力做功，由機械能守恒的條件，可以判斷小球往返經過 O 動能相同。根據圓周運動向心加速度公式，a=v 2 /R,小球往返經過Ｏ點時向心加速度大小相同，方向都豎直向上，也相同，所以Ｄ選項錯誤。BＣ選項學生很容易錯選，往往由于定勢思維，忽略小球往返經過 O 時洛倫茲力方向相反。因為力是矢量，所以Ｃ選項錯誤。又因為經過此位置向心力相同，即重力、拉力和洛倫茲力的合力相同，洛倫茲力變向，拉力顯然不同，Ｂ選項錯誤。所以正確答案為Ａ。

4.如圖所示，質量為 m，帶電量為 +q 的粒子，從兩平行電極板正中央垂直電場線和磁感線以速度 v 飛入，已知兩板間距為 d，磁感強度為 B，這時粒子恰能沿直線穿過電場和磁場區域(不計重力)。今將磁感強度增大到某值，則粒子將落到某極板上。當粒子落到極板上時動能為 ____________________。

分析粒子在電場或磁場中的運動，關鍵是把電學問題轉化成力學問題。把粒子的受力分析清楚后，判斷粒子做什么形式的運動，然后用動力學規律來解決問題。本題需要用到動能定理來解決問題，這里需要明確洛倫茲力不做功，以及電場力對粒子的做功情況。

根據“粒子恰能直線穿過電場和磁場區域”可知此時電場力和磁場力平衡，即電場力的大小就等于ｑｖＢ，“今將磁感強度增大到某值”，粒子將向磁場力方向偏轉而做曲線運動，這種曲線運動既不是圓周運動，也不是平拋運動，求它的末動能我們可以根據動能定理。接下來分析各力的做功情況：洛倫茲力不做功，而電場力做負功，因為電場力是恒力，功的大小就等于電場力和沿電場線的位移ｄ/2 的乘積。由動能定理-qvBd/2=E k-mv /2，所以當粒子落到極板上時動能為 mv/2-qvBd/2

５.如圖所示為電磁流量計示意圖。直徑為 d 的非磁性材料制成的圓形導管內，導電液體從左向右流動，磁感強度為 B 的勻強磁場垂直液體流動的方向而穿過一段圓形管道。則 a 點電勢 b 點電勢；若測得管壁內 a、b 兩點間的電勢差為 U，則管中液體的流量 Q ＝ ___________。（單位時間內流過導管橫截面的液體體積叫做流量）

２

２

新課程目標明確指出，學習終身發展必備的物理基礎知識和技能，了解這些知識與技能在生活、生產中的應用，關注科學技術的現狀及發展趨勢。能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題。電磁流量計在實際中獲得廣泛應用，而它的基本原理我們用磁場的知識就可以解決。

導電液體中有大量的自由離子，當液體從左向右流動時，自由離子隨之而發生定向移動，在磁場中將會受到洛倫茲力的作用。由左手定則可知，正電荷受磁場力向上，負電荷受力向下，這樣ａ處有多余的正電荷，ｂ處有多余的負電荷，所以ａ點電 勢高。這樣ａｂ間就建立了電場，電場線由ａ指向ｂ，因此自由離子同時又受電場力的作用。當電場力和磁場力平衡時，ａｂ間電勢差恒定，為Ｕ。設液體流動速度為ｖ，有ｑｖＢ＝ｑＵ/ｄ，而流量Ｑ為單位時間內流過導管橫 截面的液體體積，即流量Ｑ等于流速ｖ和導管橫截面積的乘積，Ｑ＝ｖπｄ/4=πUd/(4B)

６．如圖，兩光滑的平行金屬軌道與水平面成θ 角，兩軌道間距為 L，一金屬棒垂直兩軌道水平放置。金屬棒質量為 m，電阻為 R，軌道上端的電源電動勢為 E，內阻為２r。為使金屬棒能靜止在軌道上，可加一方向豎直向上的勻強磁場，求該磁場的磁感應強度

B 應是多大？

本題綜合性較強，需要運用閉合電路歐姆定律、安培力和平衡條件等知識點來求解?？偟乃悸肥前央妼W問題轉換成力學問題。做這類題的關鍵是做好受力分析，畫出同一平面內的受力圖。這要求學生能看懂三維立體圖，明確磁感強度 B 垂直于導線。

沿斜面方向合力為零，則有 mg sin θ = F B cos θ(1)由安培力公式 F B = BIL(2)由全電路歐姆定律 I = E /(R + r)(3)聯立(1)、(2)、(3)可得

B = mg(R + r)tan θ / EL

第五篇：恒定電流和磁場知識點總結

恒定電流

一、電流：電荷的定向移動行成電流。

1、產生電流的條件：（1）自由電荷；（2）電場；

2、電流是標量，但有方向：我們規定：正電荷定向移動的方向是電流的方向；

注：在電源外部，電流從電源的正極流向負極；在電源的內部，電流從負極流向正極；

3、電流的大?。和ㄟ^導體橫截面的電荷量Q跟通過這些電量所用時間t的比值叫電流I表示；（1）數學表達式：I=Q/t；（2）電流的國際單位：安培A（3）常用單位：毫安mA、微安uA；

二、歐姆定律：導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比；

1、定義式：I=U/R;

2、推論：R=U/I；

3、電阻的國際單位時歐姆，用Ω表示；

三、閉合電路：由電源、導線、用電器、電鍵組成；

1、電動勢：電源的電動勢等于電源沒接入電路時兩極間的電壓；用E表示；

2、外電路：電源外部的電路叫外電路；外電路的電阻叫外電阻；用R表示；其兩端電壓叫外電壓；

3、內電路：電源內部的電路叫內電阻，內點路的電阻叫內電阻；用r表示；其兩端電壓叫內電壓；如：發電機的線圈、干電池內的溶液是內電路，其電阻是內電阻；

4、電源的電動勢等于內、外電壓之和；

E=U內+U外 U外=RI E=（R+r）I

四、閉合電路的歐姆定律：

閉合電路里的電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的電阻之和成反比；

1、數學表達式：I=E/（R+r）

2、當外電路斷開時，外電阻無窮大，電源電動勢等于路端電壓；就是電源電動勢的定義；

3、當外電阻為零（短路）時，因內阻很小，電流很大，會燒壞電路；

五、半導體：導電能力在導體和絕緣體之間；半導體的電阻隨溫升越高而減小；導體的電阻隨溫度的升高而升高，當溫度降低到某一值時電阻消失，成為超導；

補充：

1.電阻定律：導體兩端電阻與導體長度、橫截面積及材料性質有關。

R=pl/S（電阻的決定式）P只與導體材料性質有關。R與溫度有關。

二極管：單向導電性；正極與電源正極相連。2.串聯特點：①總電壓等于各部分電壓之和。

②電流處處相等

③總電阻等于各部分電阻和

④總功率等于各部分功率和 3.并聯特點：①總電壓等于各支路電壓

②總電流等于各支路電流和

③總電阻的倒數等于各支路電阻倒數之和

④總功率等于各支路功率和 4.伏安法：（1）限流式；（2）分壓式。5.電動勢：（1）定義：非靜電力對電荷所做的功與被移送的電荷量之比。

（2）物理意義：反映電源提供電能的本領。

（3）公式：E電動勢=W其/q

E=U外+U內（4）電動勢只與電源性質有關

（5）電動勢、內阻是電源性質的衡量指標。電動勢以大為好，內阻以小為好。6.閉合電路歐姆定律：

7.外阻與路端電壓成正比。

8.測量電源電動勢與內阻的方法：伏安法、伏箱法、安箱法。

9.外接、內接的原則：觀察分壓、分流效果哪個明顯。小外偏小、大內偏大。

10.表頭改裝電壓表須串聯大電阻，表頭改裝電流表須并聯小電阻

11.純電阻電路：電能全部轉化為熱能的電路。

12.電源總功率：EI=IU外+IU內

13.I=Q/t=nqvS………………………S指電荷通過的截面；V指電荷定向移動的速度

磁場

一、磁場：

1、磁場的基本性質：磁場對放入其中的磁極、電流有磁場力的作用；

2、磁鐵、電流都能能產生磁場；

3、磁極和磁極之間，磁極和電流之間，電流和電流之間都通過磁場發生相互作用；

4、磁場的方向：磁場中小磁針北極的指向就是該點磁場的方向；

二、磁感線：在磁場中畫一條有向的曲線，在這些曲線中每點的切線方向就是該點的磁場方向；

1、磁感線是人們為了描述磁場而人為假設的線；

2、磁鐵的磁感線，在外部從北極到南極，內部從南極到北極；

3、磁感線是封閉曲線；

三、安培定則：

1、通電直導線的磁感線：用右手握住通電導線，讓伸直的大拇指所指方向跟電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向；

2、環形電流的磁感線：讓右手彎曲的四指和環形電流方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環形導線中心軸上磁感線的方向；

3、通電螺旋管的磁場：用右手握住螺旋管，讓彎曲的四指方向和電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管內部磁感線的方向；

四、地磁場：地球本身產生的磁場；從地磁北極（地理南極）到地磁南極（地理北極）；

五、磁感應強度：磁感應強度是描述磁場強弱的物理量。

1、磁感應強度的大?。涸诖艌鲋写怪庇诖艌龇较虻耐妼Ь€，所受的安培力F跟電流I和導線長度L的乘積的比值，叫磁感應強度。B=F/IL

2、磁感應強度的方向就是該點磁場的方向（放在該點的小磁針北極的指向）

3、磁感應強度的國際單位：特斯拉 T，1T=1N/A·m

六、安培力：磁場對電流的作用力；

1、大?。涸趧驈姶艌鲋?，當通電導線與磁場垂直時，電流所受安培力F等于磁感應強度B、電流I和導線長度L三者的乘積。

2、定義式F=BIL（適用于勻強電場、導線很短時）

3、安培力的方向：左手定則：伸開左手，使大拇指根其余四個手指垂直，并且跟手掌在同一個平面內，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，并使伸開四指指向電流的方向，那么大拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向。

七、磁鐵和電流都可產生磁場；

八、磁場對電流有力的作用；

九、電流和電流之間亦有力的作用：（1）同向電流產生引力；（2）異向電流產生斥力；

十、分子電流假說：所有磁場都是由電流產生的；

十一、磁性材料:能夠被強烈磁化的物質叫磁性材料：

（1）軟磁材料：磁化后容易去磁的材料；例：軟鐵；硅鋼；應用：制造電磁鐵、變壓器、（2）硬磁材料：磁化后不容易去磁的材料；例：碳鋼、鎢鋼、制造：永久磁鐵；

十二、磁場對運動電荷的作用力，叫做洛倫茲力

1、洛侖茲力的方向由左手定則判斷：伸開左手讓大拇指和其余四指共面且垂直，把左手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，四指為正電荷運動方向（與負電荷運動方向相反）大拇指所指方向就是洛侖茲力的方向；

（1）洛侖茲力F一定和B、V決定的平面垂直。（2）洛侖茲力只改變速度的方向而不改變其大小（3）洛倫茲力永遠不做功。

2、洛倫茲力的大小

（1）當v平行于B時：F=0（2）當v垂直于B時：F=q·v·B