摘要：磁场知识是高中物理中的一个重点也是一个难点，要学透高中磁场知识的要点，不仅要求我们熟悉磁场的相关概念，更要求我们掌握两个重要的磁场模型，并用这些模型及其变形解题。本文简单归纳了高中物理磁场部分的相关概念，详细分析了两种重要的磁场模型，并介绍了几种典型的解题方法。
关键词：高中物理；磁场；洛伦兹力；粒子运动
高中物理中，磁场问题在高考中占了很大的分值比重。但是，磁场问题，特别是电磁场中带电粒子的运动问题也是我们学生的一个薄弱点。很多同学由于搞不清楚磁场粒子的运动特点，不能正确判断粒子的运动速度、运动方向而屡屡失分。所以，熟悉典型的磁场模型，掌握基本做题方法，并对其进行分析和归纳具有十分重要的意义。
1.电磁场的基础知识
粒子在磁场中所受到的力我们称之为磁场力。磁场力包括两种，一种是磁场对于电流所产生的作用力，我们称其为安培力；另一种是磁场对于运动的电荷所产生的力的作用，我们称其为洛伦兹力。研究磁场力我们必须明确三个方向，一是磁场方向；二是电荷的运动方向；三是洛伦兹力的方向[1]。当磁场的方向与电荷的运动方向垂直时，我们可以用左手定则来判断各个物理量的方向。左手定则的内容比较简单，在这里不加赘述。洛伦兹力是针对运动的电荷来说的，而安培力是这些电荷受到的洛伦兹力的合成。这样就证明了一个事实，也就是当电流的方向与磁场方向平行时，电荷所受到的洛伦兹力为零，安培力也是零。
由于安培力实质上是电荷运动的洛伦兹力的合力，所以我们重点分析一下洛伦兹力[2]。当电荷运动方向垂直于磁场方向时，洛伦兹力的表达式为：F=q(E+v×B)，这里F代表洛伦兹力，q指的是带电粒子的电荷量，E代表场强，v和B分别代表粒子运动的速度和磁感应强度。在比较简单的题目中，我们可以直接用上面这个公式，结合左手定则来解题。不同于力学中的其他问题，题目中对于洛伦兹力的考察，一般是让我们分析带电粒子的运动轨迹和运动速度，而不是做功的多少。实际题目中，带电粒子通常是受到多种力的作用的，这一点需要我们认真分析，不要出错。比如什么时候有重力作用，什么时候没有重力作用，这些都要考虑清楚。
2.两个重要磁场模型
2.1 判定安培力的磁场模型
前面我们已经知道安培力是磁场对于电流所产生的作用力，所以，通电导线在磁场中会受到安培力的作用。安培力的方向与通电导线中电流的方向以及磁场方向垂直，符合左手定则的规定。安培力的表达式可以写成:F=BILsinθ。需要注意的是，我们在分析过程中，一定要搞清楚导线中电流的方向，否则将直接影响结果。其次，在进行受力分析的时候应当清楚通电导体上安培力的作用点是在其几何中心。通电导线在磁场中所受到的安培力能把电能转化成另一种形式的能量，这也是安培力的一个特点。
2.2 判定洛伦兹力的磁场模型
磁场对于运动的电荷所产生的作用力我们称作洛伦兹力，洛伦兹力产生的条件是电荷运动方向与磁场方向互相垂直。洛伦兹力的表达式又可以写成：F=qvBsinθ，其方向同样可以借助左手定则来确定。就像我们在上一章所说的那样，洛伦兹力重在考察空间中带电粒子运动的轨迹问题，而且我们要十分注意这一过程中粒子所受力的变化。在实际做题过程中，我们会经常遇到各种运动轨迹的带电粒子，其中以圆弧与直线的组合偏多。螺旋加速器中粒子的运动就是一个典型的粒子。除此之外，还有许多更为复杂的运动轨迹，这也需要我们在做题过程中认真分析，慢慢积累。
3.典型解题方法分析
3.1关于安培力磁场模型的例题分析
例题1：如图1所示，在面积为S的矩形线框abcd中通有电流I，且一个磁感应强度是B的匀强磁场穿过它。我们假设匀强磁场的磁感应强度B跟这个线框的边呈60°的夹角。现在请求出这个矩形框所受到的安培力。
分析：前面我们已经分析过安培力产生的条件，结合前面的知识，我们很容易得到：线框的上下边没有受安培力的作用，而ad和bc两条边受到了方向相同的安培力的作用，二者之和就是整个矩形框所受到的安培力的作用。
当我们做一道具体的题目时，我们第一步就是要分析题目中的磁场模型，判断是安培力模型还是洛伦兹力模型。然后根据两种磁场模型的不同特点对题目展开分析。如果，题目用的是向上面一样的安培力的磁场模型，那在具体计算的时候我们就应该采用安培力的计算公式，即：F=BILsinθ，最后再带入相关数值进行计算即可。另外，在解答这一类问题的时候，除了计算出数值，还要对方向做出正确的判断，这样才算是一个完整的解答。
3.2 关于洛伦兹力磁场模型的例题分析
例题2：在图2中，带有负电的物体A处在一个互相垂直的匀强磁场和匀强电场里，电场和磁场的方向在图中已经标出，A上携带的电荷量是q1，A刚好能够静止于一点，暂且记作a点。现在另有一个带有负电的物体B，电荷量是q2，它在如图所示的平面内做以r为半径,且速度为v的圆周运动，且经过点a。B运动到a时，与A粘合在一起，现在求此后的运动状态。
分析：这到题目中就涉及到了多种力对带点粒子的作用，由于带点物体在电磁场中也要受到自身重力的作用，所以我们需要设出二者的质量，暂且用m1、m2来表示。那么分析题中已知条件，我们可以知道，带电物体受到的电场力qE与重力互相抵消，且物体B受到的洛伦兹力致使它做圆周运动，则：
R即为发生碰撞以后，结合体做圆周运动的半径。
像上面这种问题，在日常的练习中是经常出现的。我们经常会因为在分析受力时发生遗漏而导致错误，所以这一类问题在受力分析时一定要认真，考虑要全面。这里用到的就是洛伦兹力的磁场模型。
4.小结
高中阶段的学习要将安培力和洛伦兹力区分清楚，相关概念也绝对不能混淆，这样我们才能进一步去讨论更为复杂的问题。本文将两种磁场模型做出归类和讨论，对于我们以后做题很有帮助。
参考文献
[1]丁东进.例谈高中物理磁场模型及解题应用[J].中学生数理化:学,2017(3):17.
[2]李加庄.安培力及其做功的微观剖析[J].中学理科园地, 2017, 13(2):17－18．
论文作者:欧阳俊林
论文发表刊物:《知识-力量》2019年5月上《知识-力量》2019年5月中
论文发表时间:2019/3/5
标签：磁场论文; 安培力论文; 电荷论文; 粒子论文; 方向论文; 模型论文; 作用论文; 《知识-力量》2019年5月上《知识-力量》2019年5月中论文;