從2016年高考看磁場的考查

◇ 山東 南松偉

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從2016年高考看磁場的考查

◇ 山東 南松偉

磁場是歷年高考必考且分量很重的內容,一張試卷幾乎涵蓋磁場所有知識點,特別是左手定則和帶電粒子在磁場中的運動幾乎每年都會考查.對于這個“高考大戶”考生都比較頭疼,因為本類題目往往以信息量大、難度大、綜合性強及對能力要求高的壓軸題的形式出現.

認真梳理一下,其實磁場涉及的內容并不難掌握,主要可概括為:1個物理模型——磁感線;2個物理量——磁感應強度和磁通量;2個作用——磁場對電流的作用和磁場對運動電荷的作用.只需要透徹掌握這些知識,并能與力學、運動學和電學知識融合,就能輕松應對.

下面,我們就以2016年高考中出現的有關題目為例,體會磁場考查的規律和解題思路.

1 磁感線

例1(北京卷) 中國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也.”進一步研究表明,地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖1.結合上述材料,下列說法不正確的是( ).

圖1

A 地理南、北極與地磁場的南、北極不重合;

B 地球內部也存在磁場,地磁南極在地理北極附近;

C 地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行;

D 地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用

解析本題通過地磁場考查磁感線這一知識點,題目并不新穎,往年高考也有類似考查.解題時要對地磁場有清晰的認識,難度不大.

根據題意可得,地理南北極與地磁場存在一個夾角,為磁偏角,故二者不重合,選項A說法正確;地磁南極在地理的北極附近,地磁北極在地理南極附近,選項B說法正確;由于地磁場方向沿磁感線切線方向,故只有赤道處才與地面平行,選項C說法錯誤;在赤道處磁場方向水平,而射線是帶電的粒子,運動方向垂直磁場方向,根據左手定則可得射向赤道的粒子受到洛倫茲力的作用,選項D說法正確.因為本題要求選出錯誤選項,故選C.

2 磁場對電流的作用——安培力

安培力的考查難度通常不大,以選擇題的形式出現居多,主要是與力學相結合,近幾年也會出現在壓軸題中,常以組合場的形式考查,盡管以實驗題的形式出現的頻率不高,但2016年全國卷Ⅲ的電學實驗題卻出現了這樣一道題目,這也許會給我們的備考帶來一些啟示吧.

例2(全國卷Ⅲ)ab和a1b1固定在同一水平面內且相互平行,足夠大的電磁鐵(未畫出)的N極位于兩導軌的正上方,S極位于兩導軌的正下方,一金屬棒置于導軌上且與兩導軌垂直.

圖2

(1) 在圖中畫出連線,完成實驗電路.要求滑動變阻器以限流方式接入電路,且在開關閉合后,金屬棒沿箭頭所示的方向移動.

(2) 為使金屬棒在離開導軌時具有更大的速度,有人提出以下建議:

A 適當增加兩導軌間的距離;

B 換一根更長的金屬棒;

C 適當增大金屬棒中的電流

其中正確的是____(填入正確選項前的標號).

圖3

解析(1) 限流式接法要求滑動變阻器接線時只能連接“一上一下”2個接線柱.磁鐵N極位于上方,說明磁感線向下;開關閉合后,金屬棒往右運動,說明棒受到向右的安培力.由左手定則可知,電流應垂直紙面向外(ab指向a1b1).所以應按“電源正極→開關→滑動變阻器下接線柱→滑動變阻器上接線柱→電流表→ab→a1b1→電源負極”的順序連接回路.連線如圖3所示.

3 磁場對運動電荷的作用——洛倫茲力

求解洛倫茲力問題時，只要將圓周運動的知識和數學知識相結合,尋找到圓心、半徑、實際運動軌跡，再根據題中給出的一些限定條件,就能輕松解答.

圖4

例3(四川卷) 如圖4所示，正六邊形abcdef區域內有垂直于紙面的勻強磁場.一帶正電的粒子從f點沿fd方向射入磁場區域,當速度大小為vb時,從b點離開磁場,在磁場中運動的時間為tb,當速度大小為vc時,從c點離開磁場,在磁場中運動的時間為tc,不計粒子重力.則( ).

Avb∶vc=1∶2,tb∶tc=2∶1;

Bvb∶vc=2∶1,tb∶tc=1∶2;

Cvb∶vc=2∶1,tb∶tc=2∶1;

Dvb∶vc=1∶2,tb∶tc=1∶2

圖5

以上,只是概括性地對磁場做了一點梳理.但是,我們要明白一個道理,物理學是一個系統性和綜合性很強的學科,尤其是電學和磁學與力學和運動學有著千絲萬縷的聯系,不能厚此薄彼.學習和備考時一定要把最基礎的知識掌握牢固,并能夠與其他部分的知識融會貫通,只有這樣才能學好磁場知識.

山東省菏澤市定陶區第一中學)