（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题九 磁场教师用书（PDF，含解析）

专题九磁场真题多维细目表真题涉分考点磁场的性质、安培力洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在复合场中的运动题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９浙江４月，４３电流磁效应单选易物理学史基本概念选项互斥科学态度２０１９浙江４月，５３安培力单选易安培力－电流图像基本概念选项并列科学推理２０１９浙江４月，２３１０复合场中的运动计算难质谱仪分辨率物理建模３问递进科学推理２０１８浙江１１月，２３电流磁效应单选易物理学史基本概念选项并列科学态度２０１８浙江１１月，７３安培力单选中电流天平物理建模两项并列科学推理２０１８浙江１１月，１０３复合场中的运动单选难磁流体发电机物理建模两项并列模型构建２０１８浙江１１月，２３１０复合场中的运动计算难回旋加速器物理建模２问递进科学推理２０１８浙江４月，７３安培力单选中电动机线框物理建模选项并列科学推理２０１８浙江４月，１２３电流磁效应单选难探测金属管线物理建模选项并列科学推理２０１８浙江４月，２２１０复合场中的运动计算难霍尔效应物理建模３问递进科学推理２０１７浙江１１月，８３复合场中的运动单选中速度选择器物理建模选项递进科学推理２０１７浙江１１月，２３１０洛伦兹力计算难离子运动物理建模３问递进科学推理２０１７浙江４月，３３电流磁效应单选易物理学史基本概念选项并列科学态度２０１７浙江４月，９３安培力单选中平行电流作用力物理建模选项递进科学推理２０１７浙江４月，２３１０洛伦兹力计算难电子运动物理建模４问递进科学推理２０１６浙江１０月，１０３安培力单选难螺线管对直导线作用力物理建模选项并列科学推理２０１６浙江１０月，２３１０洛伦兹力计算难负离子运动物理建模３问递进科学推理２０１６浙江４月，９３安培力单选中法拉第电动机物理建模选项互斥科学推理２０１６浙江４月，２２１０复合场中的运动计算难离子探测装置物理建模３问递进科学推理２０１５浙江１０月，９３复合场中的运动单选难霍尔效应物理建模选项互斥科学推理２０１５浙江１０月，２３１０复合场中的运动计算难粒子往复运动物理建模３问递进科学推理总计卷均分１４．８８１０题／８卷３题／８卷８题／８卷选择／计算难／中占比１４．８８％考频常见考法命题规律与探究本专题主要考查电流的磁效应、安培力、带电粒子在电（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到物理学史，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、静电力平衡、安培力做功等问题；（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主要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为代表，后一种则主要考查轨迹多解问题。命题变化与趋势２０２０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。７４　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）对应学生用书起始页码Ｐ１３７考点一磁场的性质　安培力　　一、磁场的描述１．磁场磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过①　磁场　发生的。２．磁感应强度描述磁场强弱和方向的物理量。定义式为Ｂ＝ＦＩＬ（通电导体②　垂直于磁场　）。单位为Ｔ（特斯拉，简称特）。方向：小磁针静止时③　北极　所指的方向。３．磁感线：在磁场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的④　切线　方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。４．磁通量：磁感应强度Ｂ与垂直磁场方向某平面的面积Ｓ的乘积叫作穿过这个平面的磁通量，即Φ＝Ｂ·Ｓ，单位：韦伯（Ｗｂ）。磁通量的另一种表述为：穿过某一截面的磁感线条数。磁感应强度也叫⑤　磁通密度　，表示垂直穿过单位面积的磁感线的多少。二、几种常见的磁场１．常见磁体的磁场　　２．常见电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则立体图横截面图　　三、安培力１．磁场对电流的作用力叫作安培力。一根长为Ｌ的直导线，当导线垂直于磁场放置，通过电流Ｉ时，安培力的大小可以表示为Ｆ＝⑥　ＢＩＬ　。当导线平行于磁场放置时安培力为⑦　零　。２．公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场。３．安培力的方向：用左手定则判定，总是跟导线、磁感应强度的方向垂直，即安培力总是垂直于导线和磁感线所在的平面。　　一、通电导体在磁场中受到的安培力１．方向：根据左手定则判断。２．大小：Ｆ＝ＢＩＬｓｉｎθ（其中θ为Ｂ与Ｉ之间的夹角），若磁场和电流垂直，则Ｆ＝ＢＩＬ；若磁场和电流平行，则Ｆ＝０。其中的Ｌ为导线在磁场中的有效长度。如弯曲通电导线的有效长度Ｌ等于连接两端点的线段的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示。二、磁电式电流表１．磁电式电流表的构造：如图所示，磁电式电流表由刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）组成。最基本的是磁铁和线圈。铁芯、线圈和指针是一个整体，可以转动。电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的。所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。２．磁电式电流表的工作原理（１）当电流通过线圈时，线圈上跟轴平行的两边都要受到安培力，线圈发生转动；（２）线圈转动，螺旋弹簧扭转，反抗线圈转动；（３）当安培力产生的转动与螺旋弹簧扭转形变产生的阻碍达到平衡时，线圈停止转动；（４）电流越大，安培力越大；扭转角度越大，反抗力越大。从偏转角度就能判断电流大小，从偏转方向就能判断电流方向。３．磁电式电流表的特点（１）表盘的刻度均匀，θ∝Ｉ。（２）灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题九　磁场７５　　　（３）满偏电流Ｉｇ、内阻Ｒｇ反映了电流表的最主要特性。（２０１８浙江杭州西湖高级中学月考）如图所示为电流天平，可用来测定磁感应强度。天平的右臂上挂有一匝数为Ｎ的矩形线圈，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当线圈中通有电流Ｉ（方向如图）时，发现天平的右端低左端高，下列哪些调节方案可以使天平水平平衡（　　）Ａ．减小电流大小Ｂ．增长线框的宽度ｌＣ．减轻左盘砝码的质量Ｄ．增加线圈的匝数解析　天平左端高右端低，说明左端受力小于右边受力，要使天平平衡，可以增加左盘砝码的质量，也可以减小右盘砝码质量。根据左手定则可知线框在磁场中受到竖直向下的安培力Ｆ＝ＮＢＩｌ，也可以减小安培力，等效于减小右盘砝码质量。减小安培力可以采取减小磁感应强度、减小电流大小、减小线框的宽度ｌ或者减少线圈的匝数。故选项Ａ正确，Ｂ、Ｃ、Ｄ错误。答案　Ａ１．通有电流的导线Ｌ１、Ｌ２处在同一平面（纸面）内，Ｌ１是固定的，Ｌ２可绕垂直纸面的固定转轴Ｏ转动（Ｏ为Ｌ２的中心），各自的电流方向如图所示。下列哪种情况将会发生（　　）Ａ．因Ｌ２不受磁场力的作用，故Ｌ２不动Ｂ．因Ｌ２上、下两部分所受的磁场力平衡，故Ｌ２不动Ｃ．Ｌ２绕轴Ｏ按顺时针方向转动Ｄ．Ｌ２绕轴Ｏ按逆时针方向转动１．答案　Ｄ　由右手螺旋定则可知导线Ｌ１的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线Ｌ１越远的地方，磁场越弱，导线Ｌ２上的每一小部分受到的安培力方向均为水平向右，由于Ｏ点的下方磁场较强，则所受安培力较大，因此Ｌ２绕轴Ｏ按逆时针方向转动，Ｄ项正确。２．（多选）如图，质量为ｍ、长为Ｌ的直导线用两绝缘细线悬挂于Ｏ、Ｏ′，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿ｘ轴正方向的电流Ｉ，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ。则磁感应强度方向和大小可能为（　　）Ａ．ｚ正向，ｍｇＩＬｔａｎθＢ．ｙ正向，ｍｇＩＬＣ．ｚ负向，ｍｇＩＬｔａｎθＤ．沿悬线向上，ｍｇＩＬｓｉｎθ２．答案　ＢＣ　若Ｂ沿ｚ轴正方向，导线无法平衡，Ａ错误；若Ｂ沿ｙ轴正方向，由左手定则，受力如图①，ｍｇ＝ＢＩＬ，所以Ｂ正确；若Ｂ沿ｚ轴负方向，受力如图②，ＦＴｓｉｎθ＝ＢＩＬ，ＦＴｃｏｓθ＝ｍｇ，所以Ｂ＝ｍｇＩＬｔａｎθ，Ｃ正确；若Ｂ沿悬线向上，受力如图③，导线无法平衡，Ｄ错误。考点二洛伦兹力　带电粒子在匀强磁场中的运动　　带电粒子在匀强磁场中的运动（不考虑重力）带电粒子在匀强磁场中的运动洛伦兹力大小ｖ∥Ｂ时，Ｆ洛＝０ｖ⊥Ｂ时，Ｆ洛＝①　Ｂｑｖ　方向方向判定左手定则（注意四指指向正电荷运动方向，与负电荷运动反方向）方向特点Ｆ⊥Ｂ，Ｆ⊥ｖ运动ｖ∥Ｂ匀速直线运动ｖ⊥Ｂ匀速圆周运动：半径Ｒ＝ｍｖｑＢ周期Ｔ＝②　２πｍｑＢ　做功洛伦兹力永不做功，只能改变ｖ的方向，不能改变ｖ的大小　　一、洛伦兹力的推导和特点１．推导如图所示，直导线长为Ｌ，电流为Ｉ，导体中运动电荷数为ｎ，横截面积为Ｓ，电荷的电荷量为ｑ，运动速度为ｖ，则􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋７６　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）安培力Ｆ＝ＢＩＬ＝ｎＦ洛所以洛伦兹力Ｆ洛＝Ｆｎ＝ＢＩＬｎ因为Ｉ＝ＮｑＳｖ（Ｎ为单位体积内的电荷数）所以Ｆ洛＝ＮｑＳｖ·ＬＢｎ＝ＮＳＬｎ·ｑｖＢ，式中ｎ＝ＮＳＬ，故Ｆ洛＝ｑｖＢ。２．特点：洛伦兹力与电荷速度互相影响。洛伦兹力的大小和方向取决于速度，反过来力又按照牛顿运动定律来决定速度的变化，分析有关洛伦兹力的问题时须注意力与速度间的关系。二、带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径和运动时间的确定基本思路图例说明圆心的确定ａ．与速度方向垂直的直线过圆心ｂ．弦的垂直平分线过圆心Ｐ、Ｍ点速度垂线的交点Ｐ点速度垂线与弦的垂直平分线交点半径的确定利用平面几何知识求半径常用解三角形法，例：（左图）Ｒ＝Ｌｓｉｎθ或由Ｒ２＝Ｌ２＋（Ｒ－ｄ）２求得Ｒ＝Ｌ２＋ｄ２２ｄ运动时间的确定利用轨迹对应圆心角θ或轨迹长度Ｌ求时间①ｔ＝θ２π·Ｔ②ｔ＝Ｌｖ（１）速度的偏转角φ等于ＡＢ(所对的圆心角θ（２）偏转角φ与弦切角α的关系：φ＜１８０°时，φ＝２α；φ＞１８０°时，φ＝３６０°－２α　　（２０１７浙江宁波效实中学期中）半径为ｒ的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力）从Ａ点以速度ｖ０垂直于磁场方向射入磁场中，并从Ｂ点射出，∠ＡＯＢ＝１２０°，如图所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为　（　　）Ａ．２πｒ３ｖ０Ｂ．２３πｒ３ｖ０Ｃ．πｒ３ｖ０Ｄ．３πｒ３ｖ０解析　由图可知，粒子转过的圆心角为６０°，Ｒ＝３ｒ，转过的弧长为ｌ＝６０°３６０°·２πＲ＝πＲ３＝３３πｒ，则运动时间ｔ＝ｌｖ０＝３πｒ３ｖ０，故Ｄ正确。答案　Ｄ试题分析　带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由几何关系可求出圆心角和半径，则可求得粒子转过的弧长，由线速度的定义可求得运动的时间。１．氕、氘、氚的电荷数相同、质量之比为１∶２∶３，它们由静止经过相同的加速电压加速，之后垂直进入同一匀强磁场，不计重力和它们间的相互作用，则（　　）Ａ．运动半径之比为３∶２∶１Ｂ．运动半径之比为３∶２∶１Ｃ．运动周期之比为１∶２∶３Ｄ．运动周期之比为３∶２∶１１．答案　Ｃ　经过电压Ｕ加速后速度ｖ＝２ｑＵｍ，根据半径公式Ｒ＝ｍｖｑＢ＝２ｍＵｑＢ２，半径与质量的平方根成正比，即运动半径之比为１∶２∶３，Ａ、Ｂ均错；根据周期公式Ｔ＝２πｍｑＢ可知周期之比等于质量之比，为１∶２∶３，Ｃ对，Ｄ错。２．如图所示，一个质量为ｍ、电荷量为＋ｑ的带电粒子，不计重力，在ａ点以某一初速度水平向左射入磁场区域Ⅰ，沿曲线ａｂｃｄ运动，ａｂ、ｂｃ、ｃｄ都是半径为Ｒ的圆弧，粒子在每段圆弧上运动的时间都为ｔ。规定垂直于纸面向外的磁感应强度为正，则磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分的磁感应强度Ｂ随ｘ变化的关系可能是（　　）２．答案　Ｃ　由左