以高科技为背景的磁场问题例析

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1、以高科技为背景的磁场问题例析山东省高青一中于正和新高考的特点注定了高考在联系实际，考查能力，关注社会热点及学科间联系上不断强化。磁场部分联系实际的理综题，主要考查学生的空间想象能力、物理过程的分析推力能力、知识的综合应用等。下面通过具体实例加以分析。+图1AgNO3－QABCD××××××P+例1．如图1所示，AB、CD是一个底面边长为a的正方形筒的两侧壁，AB、CD是电的良导体，前后两边是绝缘体，将P、Q分别接在电源电动势E的两极，且知AgNO3溶液的电阻率为、密度为K，B、D两端刚好与AgNO3溶液液面接触，并加垂直纸面向里的

2、匀强磁场B，通电稳定后，试求：（1）液面能上升的高度？（2）AB、CD是非常不活泼的金属，保证通电过程中不被氧化，试问哪一边有Ag析出？解析：这是一道跨学科综合题，结合巧妙，渗透合理，答案开放。主要考查学生对物理过程的分析推理能力及知识的综合应用等。（1）设AgNO3上升的高度为x，该x段的电阻为R==，电流为I==该x段AgNO3受向下的重力和向上的安培力，稳定时二者相等，即Ka2xg=Ba。解得E=图2x0=r/2xNMQP×　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×

3、　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　×O/OO1可见，当E＜时，AgNO3上升的高度是零；当E=时，AgNO3上升的高度是任意的，但不会溢出筒外；当E＞时，AgNO3可上升到筒顶并溢出。（2）CD边有Ag析出。例2．1998年6月2日，由美籍华人科学家丁肇中主持研制的阿尔法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，用来探测宇宙中是否有反物质和暗物质，该探测仪的核心部件—永磁铁由中国科学院电工研究所设计制造。反物质与原物质具有相同的质量数，而电性相反，如与、、等物质粒子相对应的反粒子为、、，反原子核由反质子和反中子组成，根据反粒子

4、和相应粒子的质量相同而电荷相反，故可用下列方法探测：为简化设计如图2所示，设图中各粒子或反粒子沿垂至于匀强磁场B方向（O）进入截面为MNPQ的磁谱仪时速度相同，且氢原子核（）在Ox轴上的偏转位移x0恰为其轨道半径r的一半，试预言反氢核（）和反氦核（）的轨迹及其在Ox轴上的偏转位移x1和x2。如果预言正确，那么当人们观测到这样的轨迹，就证明已经探测到了反氢核（）和反氦核（）。解析：本题以新高科技为背景，考查学生理论联系实际、吸收消化整合信息的能力。同时着重考查学生运用几何知识处理问题的能力。3因为反氢和反氦核带负电，故均与氢原子核（

5、）在同一磁场中的偏转方向相反，都向左偏转，设其偏转半径为r1和r2。图3x0=r/2x×　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　××　×　×　×　×　×　×　×O/OO1O2O3x1x2r1x2θα由Bqv=得r1==r，r2==2r。由题意知，x1=－r，=600，从图中几何关系可得，==，所以sin=sin=。由图中几何关系可知x2=－（2r－2rcos），解得x2=－（2－）r。例3．磁铁有N、S两极，跟正负电荷有很大的相似性，人们假定在一根磁棒的两

6、极上有一种叫做“磁荷”的东西，N极上的叫做正磁荷，S极上的叫做负磁荷，同号磁荷相斥，异号磁荷相吸。当磁极本身的几何线度远比它们之间的距离小的多时，将其上的磁荷叫做点磁荷。磁的库仑定律是：两个点磁荷之间的相互作用力F沿着他们之间的连线，与它们之间的距离r的平方成反比，与每个磁荷的数量（或称磁极强度）qm1、qm2成正比。用公式表示为：F=（1）上式中的比例系数k=10－7Wb/(A.m)，则磁极强度qm的国际单位（用基本单位表示）是。NS+qm－qmcd(a)L+qm－qm+qm－qmθ固定磁铁活动磁铁束带d（b）图4（2）同一根磁

7、铁上的两个点磁荷的磁极强度可视为相等，磁荷的位置可等效的放在图4中（a）的c、d两点，其原因是。（3）用两根相同的质量为M的圆柱形永久磁铁可以测出磁极强度qm，如图4（b）将一根磁棒固定在光滑的斜面上，另一根与之平行放置的磁棒可以自由上下移动。调节斜面的角度为时，活动磁铁刚好静止不动。由此可知磁极强度qm为多大？解析：本题着重考查学生接受、消化、运用新知识的能力，同时也考查学生知识的迁移能力。（1）由公式F=得qm1qm2=，结合k=10－7Wb/(A.m)及1Wb=1，得qm的单位是A.m。+qm－qm+qm－qmθ束带d图5α

8、F1F2mg（2）通过实验可以描绘出外部磁感线，所有磁感线延长后会交于这两点。磁棒的外部磁感线相当于由c点发出后又聚集到d点。（3）如图5所示，活动磁棒受重力、支持力、两对同性磁荷的排斥力F1=、两对异性磁荷的吸引力F2=，活动磁棒受力平衡，在沿斜