專題十一　磁場(chǎng)備考篇【考情探究】課標(biāo)解讀考情分析備考指導(dǎo)考點(diǎn)內(nèi)容磁場(chǎng)及安培力1.能列舉磁現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。關(guān)注磁現(xiàn)象相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)。了解磁感應(yīng)強(qiáng)度,會(huì)用磁感線描述磁場(chǎng)。體會(huì)物理模型在探索自然現(xiàn)象規(guī)律中的作用3.知道磁通量4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)安培力,能判斷安培力的方向,會(huì)計(jì)算安培力的大小,了解安培力在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用本專題是考試的重要內(nèi)容1.磁感應(yīng)強(qiáng)度、安培力、洛倫茲力、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等,試題多以選擇題、綜合性的計(jì)算題形式出現(xiàn),為高考中綜合性較強(qiáng)的題目,綜合考查了動(dòng)力學(xué)、能量,場(chǎng)的觀念。2.(2020課標(biāo)Ⅰ,18題)選擇題考查帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;(2020課標(biāo)Ⅲ,18題)選擇題考查帶電粒子在圓形磁場(chǎng)中的極值問(wèn)題;(2020浙江7月選考,9題)磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加;(2020山東等級(jí)考,17題)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)本專題包括磁場(chǎng)的基本性質(zhì)、安培力的應(yīng)用、洛倫茲力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容,復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng):1.側(cè)重磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、安培力和洛倫茲力等基本概念的理解2.熟練掌握通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中、帶電粒子在磁場(chǎng)中受力和運(yùn)動(dòng)的分析,注意結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)及功和能的知識(shí)進(jìn)行分析洛倫茲力、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)洛倫茲力。能夠判斷洛倫茲力的方向2.會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。能運(yùn)用洛倫茲力分析帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)及應(yīng)用2.能分析帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況,解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象【真題探秘】 命題立意考查了帶電粒子在圓環(huán)形邊界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),要求學(xué)生能夠確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況,從而畫(huà)出運(yùn)動(dòng)的極限情況。通過(guò)已知條件,畫(huà)圖,求解,涉及幾何畫(huà)圖分析,磁場(chǎng)和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí),體現(xiàn)了分析和解決問(wèn)題的能力,是學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)推理的具體體現(xiàn)。解題指導(dǎo)粒子沿半徑飛入磁場(chǎng),必然沿半徑飛出磁場(chǎng),從而確定磁場(chǎng)圓和軌跡圓之間的關(guān)系,再根據(jù)邊界條件的限制,畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡,根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑公式,確定半徑最大的軌跡圓對(duì)應(yīng)B最小。拓展延伸帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的極值、多解問(wèn)題都是考查的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。高考中既可以出現(xiàn)選擇題,也可以出現(xiàn)壓軸計(jì)算題,對(duì)學(xué)生的審題能力、推理能力和計(jì)算能力都有很高的要求。[教師專用題組]1.真題多維細(xì)目表真題涉分考點(diǎn)題型設(shè)題情境學(xué)科素養(yǎng)磁場(chǎng)的描述、安培力洛倫茲力、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2020課標(biāo)Ⅰ,186洛倫茲力單選有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2020山東,1714復(fù)合場(chǎng)計(jì)算質(zhì)譜儀運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2020課標(biāo)Ⅱ,2412洛倫茲力計(jì)算有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2019課標(biāo)Ⅰ,176安培力單選雙導(dǎo)體棒模型建構(gòu)、科學(xué)推理2019課標(biāo)Ⅰ,2412洛倫茲力計(jì)算有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理、科學(xué)論證2019課標(biāo)Ⅱ,176洛倫茲力單選有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、模型建構(gòu)2019課標(biāo)Ⅲ,186帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)單選雙磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2018課標(biāo)Ⅰ,2520復(fù)合場(chǎng)計(jì)算粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理、科學(xué)論證2018課標(biāo)Ⅱ,206磁場(chǎng)疊加多選電流磁場(chǎng)模型建構(gòu)、科學(xué)推理2018課標(biāo)Ⅱ,2520復(fù)合場(chǎng)計(jì)算粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理、科學(xué)論證2018課標(biāo)Ⅲ,2412洛倫茲力計(jì)算有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理、科學(xué)論證2017課標(biāo)Ⅰ,196安培力多選電流磁場(chǎng)模型建構(gòu)、科學(xué)推理2017課標(biāo)Ⅱ,186洛倫茲力單選有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2017課標(biāo)Ⅱ,216安培力多選簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)模型建構(gòu)、科學(xué)推理2016課標(biāo)Ⅰ,156洛倫茲力單選質(zhì)譜儀運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2016課標(biāo)Ⅱ,186帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)單選有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2016課標(biāo)Ⅲ,186帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)單選有界磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)觀念、科學(xué)推理2.命題規(guī)律與趨勢(shì) 本專題主要考查電流的磁效應(yīng)、安培力、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,主要涉及各種電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)、安培力的大小和方向、帶電粒子在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)。主要體現(xiàn)在以下幾方面:(1)電流磁效應(yīng)問(wèn)題往往涉及物理學(xué)史,主要關(guān)于奧斯特、法拉第、安培等人的貢獻(xiàn);(2)安培力相關(guān)問(wèn)題主要結(jié)合安培力的大小和方向、安培力做功等;(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng),主要涉及群發(fā)粒子的收集比例問(wèn)題;(4)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)涉及疊加和不疊加兩種形式,前一種以霍爾效應(yīng)及磁流體發(fā)電機(jī)等代表,后一種則主要考查軌跡多解問(wèn)題。3.備考方法與策略2021年高考本著穩(wěn)中有變的原則,考查重點(diǎn)不會(huì)有太大的變化。主要還是通過(guò)多解、分類討論等方式結(jié)合霍爾效應(yīng)等難點(diǎn)考查科學(xué)推理、模型建構(gòu)等核心素養(yǎng)。選擇題一般考查磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律,難度不大;計(jì)算題主要是考查安培力、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與力學(xué)、電學(xué)、能量知識(shí)的綜合應(yīng)用,難度較大,多是高考的壓軸題?；A(chǔ)篇【基礎(chǔ)集訓(xùn)】考點(diǎn)一　磁場(chǎng)及安培力1.(2020山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)一模,6)某實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,用細(xì)繩豎直懸掛一個(gè)多匝矩形線圈,細(xì)繩與傳感器相連,傳感器可以讀出細(xì)繩上的拉力大小。將線框的下邊ab置于蹄形磁鐵的N、S極之間,使ab邊垂直于磁場(chǎng)方向且ab邊全部處于N、S極之間的區(qū)域中。接通電路的開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,當(dāng)電流表讀數(shù)為I時(shí),傳感器的讀數(shù)為F1;保持ab中的電流大小不變,方向相反,傳感器的讀數(shù)變?yōu)镕2(F20)?；魻柶姆糯髨D如圖2所示,它由長(zhǎng)×寬×厚=a×b×d、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成。磁場(chǎng)方向垂直于x軸向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=B0(1-β|x|),β>0。無(wú)壓力波輸入時(shí),霍爾片靜止在x=0處,此時(shí)給霍爾片通以沿C1C2方向的電流I,則在側(cè)面上D1、D2兩點(diǎn)間產(chǎn)生霍爾電壓U0。(1)指出D1、D2兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高;(2)推導(dǎo)出U0與I、B0之間的關(guān)系式(提示:電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I=nevbd,其中e為電子電荷量);(3)彈性盒中輸入壓力波p(t),霍爾片中通以相同電流,測(cè)得霍爾電壓UH隨時(shí)間t變化圖像如圖3。忽略霍爾片在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和阻尼,求壓力波的振幅和頻率。(結(jié)果用U0、U1、t0、α及β表示)圖1　　　　　　　　　圖2圖3答案　(1)D1點(diǎn)電勢(shì)高　(2)U0=　(3)　解析　(1)N型半導(dǎo)體中可以自由移動(dòng)的是電子,根據(jù)左手定則可以知道電子往D2端移動(dòng),因此D1點(diǎn)電勢(shì)高。(2)根據(jù)霍爾元件內(nèi)部電子所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡得:evB0=e將v=代入解得:U0=(3)由任意時(shí)刻霍爾元件內(nèi)部電子所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡得:evB=e則UH(t)==(1-β|x|)=(1-β|αp|)=U0(1-αβ|p|)由上式可得|p|=-結(jié)合UH-t圖像可知,振幅A=,頻率f=。知識(shí)點(diǎn)撥　霍爾效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是形成電流的載流子在洛倫茲力作用下向垂直于電流的方向偏轉(zhuǎn)從而形成側(cè)向電壓,當(dāng)側(cè)向電壓形成的電場(chǎng)對(duì)載流子的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí),可計(jì)算霍爾電壓與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度及元件幾何尺寸間的關(guān)系。