专题十一　磁场备考篇【考情探究】课标解读考情分析备考指导考点内容磁场及安培力1.能列举磁现象在生产、生活中的应用。关注磁现象相关的现代技术发展2.通过实验认识磁场。了解磁感应强度,会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然现象规律中的作用3.知道磁通量4.通过实验认识安培力,能判断安培力的方向,会计算安培力的大小,了解安培力在生产、生活中的应用本专题是考试的重要内容1.磁感应强度、安培力、洛伦兹力、带电粒子在磁场中的运动等,试题多以选择题、综合性的计算题形式出现,为高考中综合性较强的题目,综合考查了动力学、能量,场的观念。2.(2020课标Ⅰ,18题)选择题考查带电粒子在有界磁场中的运动规律;(2020课标Ⅲ,18题)选择题考查带电粒子在圆形磁场中的极值问题;(2020浙江7月选考,9题)磁感应强度的叠加;(2020山东等级考,17题)带电粒子在复合场中的运动本专题包括磁场的基本性质、安培力的应用、洛伦兹力的应用和带电粒子在磁场中的运动、带电粒子在复合场中运动等内容,复习时应:1.侧重磁场、磁感应强度、磁感线、安培力和洛伦兹力等基本概念的理解2.熟练掌握通电导线在磁场中、带电粒子在磁场中受力和运动的分析,注意结合牛顿运动定律、圆周运动知识及功和能的知识进行分析洛伦兹力、带电粒子在磁场中的运动1.通过实验认识洛伦兹力。能够判断洛伦兹力的方向2.会计算洛伦兹力的大小。能运用洛伦兹力分析带电粒子在磁场中的圆周运动带电粒子在复合场中的运动1.了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及应用2.能分析带电粒子在复合场中的运动情况,解释相关的物理现象【真题探秘】 命题立意考查了带电粒子在圆环形边界磁场中运动的特点,要求学生能够确定带电粒子的运动情况,从而画出运动的极限情况。通过已知条件,画图,求解,涉及几何画图分析,磁场和圆周运动的知识,体现了分析和解决问题的能力,是学科核心素养中科学推理的具体体现。解题指导粒子沿半径飞入磁场,必然沿半径飞出磁场,从而确定磁场圆和轨迹圆之间的关系,再根据边界条件的限制,画出粒子运动的轨迹,根据带电粒子在磁场中运动的半径公式,确定半径最大的轨迹圆对应B最小。拓展延伸带电粒子在有界磁场中的运动,在复合场中的运动,运动的极值、多解问题都是考查的重点,也是难点。高考中既可以出现选择题,也可以出现压轴计算题,对学生的审题能力、推理能力和计算能力都有很高的要求。[教师专用题组]1.真题多维细目表真题涉分考点题型设题情境学科素养磁场的描述、安培力洛伦兹力、带电粒子在磁场中的运动2020课标Ⅰ,186洛伦兹力单选有界磁场运动观念、科学推理2020山东,1714复合场计算质谱仪运动观念、科学推理2020课标Ⅱ,2412洛伦兹力计算有界磁场运动观念、科学推理2019课标Ⅰ,176安培力单选双导体棒模型建构、科学推理2019课标Ⅰ,2412洛伦兹力计算有界磁场运动观念、科学推理、科学论证2019课标Ⅱ,176洛伦兹力单选有界磁场运动观念、模型建构2019课标Ⅲ,186带电粒子在磁场中的运动单选双磁场运动观念、科学推理2018课标Ⅰ,2520复合场计算粒子在复合场中运动运动观念、科学推理、科学论证2018课标Ⅱ,206磁场叠加多选电流磁场模型建构、科学推理2018课标Ⅱ,2520复合场计算粒子在复合场中运动运动观念、科学推理、科学论证2018课标Ⅲ,2412洛伦兹力计算有界磁场运动观念、科学推理、科学论证2017课标Ⅰ,196安培力多选电流磁场模型建构、科学推理2017课标Ⅱ,186洛伦兹力单选有界磁场运动观念、科学推理2017课标Ⅱ,216安培力多选简易电动机模型建构、科学推理2016课标Ⅰ,156洛伦兹力单选质谱仪运动观念、科学推理2016课标Ⅱ,186带电粒子在磁场中的运动单选有界磁场运动观念、科学推理2016课标Ⅲ,186带电粒子在磁场中的运动单选有界磁场运动观念、科学推理2.命题规律与趋势 本专题主要考查电流的磁效应、安培力、带电粒子在磁场中运动的问题,主要涉及各种电流产生的磁场、安培力的大小和方向、带电粒子在洛伦兹力作用下的运动。主要体现在以下几方面:(1)电流磁效应问题往往涉及物理学史,主要关于奥斯特、法拉第、安培等人的贡献;(2)安培力相关问题主要结合安培力的大小和方向、安培力做功等;(3)匀强磁场中带电粒子做圆周运动,主要涉及群发粒子的收集比例问题;(4)带电粒子在复合场的运动涉及叠加和不叠加两种形式,前一种以霍尔效应及磁流体发电机等代表,后一种则主要考查轨迹多解问题。3.备考方法与策略2021年高考本着稳中有变的原则,考查重点不会有太大的变化。主要还是通过多解、分类讨论等方式结合霍尔效应等难点考查科学推理、模型建构等核心素养。选择题一般考查磁场的基础知识和基本规律,难度不大;计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量知识的综合应用,难度较大,多是高考的压轴题。基础篇【基础集训】考点一　磁场及安培力1.(2020山东省实验中学一模,6)某实验装置如图所示,用细绳竖直悬挂一个多匝矩形线圈,细绳与传感器相连,传感器可以读出细绳上的拉力大小。将线框的下边ab置于蹄形磁铁的N、S极之间,使ab边垂直于磁场方向且ab边全部处于N、S极之间的区域中。接通电路的开关,调节滑动变阻器的滑片,当电流表读数为I时,传感器的读数为F1;保持ab中的电流大小不变,方向相反,传感器的读数变为F2(F20)。霍尔片的放大图如图2所示,它由长×宽×厚=a×b×d、单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成。磁场方向垂直于x轴向上,磁感应强度大小为B=B0(1-β|x|),β>0。无压力波输入时,霍尔片静止在x=0处,此时给霍尔片通以沿C1C2方向的电流I,则在侧面上D1、D2两点间产生霍尔电压U0。(1)指出D1、D2两点哪点电势高;(2)推导出U0与I、B0之间的关系式(提示:电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为I=nevbd,其中e为电子电荷量);(3)弹性盒中输入压力波p(t),霍尔片中通以相同电流,测得霍尔电压UH随时间t变化图像如图3。忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼,求压力波的振幅和频率。(结果用U0、U1、t0、α及β表示)图1　　　　　　　　　图2图3答案　(1)D1点电势高　(2)U0=　(3)　解析　(1)N型半导体中可以自由移动的是电子,根据左手定则可以知道电子往D2端移动,因此D1点电势高。(2)根据霍尔元件内部电子所受的洛伦兹力和电场力平衡得:evB0=e将v=代入解得:U0=(3)由任意时刻霍尔元件内部电子所受的洛伦兹力和电场力平衡得:evB=e则UH(t)==(1-β|x|)=(1-β|αp|)=U0(1-αβ|p|)由上式可得|p|=-结合UH-t图像可知,振幅A=,频率f=。知识点拨　霍尔效应的实质是形成电流的载流子在洛伦兹力作用下向垂直于电流的方向偏转从而形成侧向电压,当侧向电压形成的电场对载流子的电场力与洛伦兹力平衡时,可计算霍尔电压与电流、磁感应强度及元件几何尺寸间的关系。