高中物理 人教版（2019） 必修 第三册 13.1磁场 磁感线 学案（有解析）

13.1磁场 磁感线
1．磁场
(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、通电导体和运动电荷有磁场力的作用。
(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。
二、磁感线　电流周围的磁场方向
1．磁感线及特点
(1)磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。
(2)特点：
①磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
②磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。
③磁感线是闭合曲线，没有起点和终点。
④磁感线是假想的曲线，客观上不存在。
2．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
13.1
一、单选题
1．如图所示，其中正确反映两根大头针被条形磁铁吸起时的真实情况的是（　　）
A．图甲 B．图乙 C．图丙 D．图乙和图丙
2．如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，垂直纸面放置，均通有大小相等的电流I，L1、L2中电流方向垂直纸面向里，L3中电流方向垂直纸面外，下列说法错误的是（　　）
A．L1、L2在L3处产生的合磁感应强度方向与L1、L2连线平行
B．L2、L3在L1处产生的合磁感应强度方向与L2、L3连线垂直
C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1：1：
D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为：：1
3．下列说法中正确的是
A．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线
B．根据安培的“分子电流”假说，磁铁在高温条件下和受到强烈振动时磁性会减弱
C．磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向
D．因为，所以某处磁感强度的大小与放在该处的小段通电导线IL乘积成反比
4．如图所示，A为通电直导线，为、两端接直流电源的通电螺线管，通电螺线管正上方有一水平放置的小磁针，小磁针极指向左方，下列选项正确的是（　　）
A．直导线的电流方向为垂直纸面向里 B．端一定接电源的正极
C．点的磁场方向水平向左 D．点的磁场方向水平向右
5．如图所示，放在条形磁铁磁场中的软铁棒被磁化后的极性是(　　)
A．C棒未被磁化 B．A棒左端为S极
C．B棒左端为N极 D．C棒左端为S极
6．如图所示，长直导线右侧的矩形线框abcd与直导线位于同一平面，当长直导线中的电流发生如图所示的变化时（图中所示电流方向为正方向），线框中的感应电流与线框受力情况为( )
A．t1到t2时间内，线框内电流的方向为abcda，线框受力向右
B．t1到t2时间内，线框内电流的方向为abcda，线框受力向左
C．在t2时刻，线框内电流的方向为abcda，线框受力向右
D．在t3时刻，线框内电流最大，线框受力最大
7．如图所示，奥斯特发现：把一根导线平行的放在静止的小磁针正上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能够产生磁场，这个现象称为电流的磁效应。当通过导线的电流向右时，小磁针的运动情况描述正确的是（　　）
A．从正面看，小磁针极向下转动 B．从正面看，小磁针极向上转动
C．从上往下看，小磁针顺时针转动 D．从上往下看，小磁针逆时针转动
8．如图所示，两半径相同的通电圆环导线互相垂直地竖直放置，圆心都在O点，通过的电流方向如图，电流大小都为I，其中直径AB恰好沿东西方向，则关于圆心O点的磁感应强度B的方向说法正确的是（　　）
A．水平面内朝东偏北45°方向 B．水平面内朝东偏南45°方向
C．与正东成45°斜向下方向 D．与正南成45°斜向下方向
9．如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环以轴心沿如图方向顺时针转动时，则a、b、c、d四个小磁针的运动情况是
A．a、b、d不动，c的N极朝纸外
B．a、b、d的N极朝纸内，c的N极朝纸外
C．d不动，c的N极朝纸外，a、b的N极朝纸内
D．a、b、d的N极朝纸外，c的N极朝纸内
10．如图所示，一个带正电的粒子沿着逆时针方向做匀速圆周运动，则此粒子的运动（ ）
A．在圆周外侧不产生磁场
B．在圆周内部不产生磁场
C．圆心处的磁场方向垂直纸面向外
D．圆心处的磁场方向垂直纸面向里
11．科学实验证明：通电长直导线周围磁场的磁感应强度大小为，式中常量k>0，I为电流强度，r为距导线的距离。如图所示，三根完全相同的长直导线a、b、c，其截面位于等腰三角形的三个顶点上，b、c位于光滑水平面上，且b、c间的距离为2x，当三根导线中均通有大小相等的恒定电流时，导线a、b、c均可保持静止状态。下列说法中错误的是（ ）
A．a、b、c三根导线中，只有两根导线中的电流方向相同
B．导线c所受磁场力竖直向下
C．导线a、b所受的磁场力大小相等，方向相反
D．导线a、c间的距离为
12．下列说法正确的是（　　）
A．磁铁是磁场的唯一来源
B．磁感线是从磁体的北极出发而到南极终止
C．静止的电荷只能产生电场，运动的电荷才能产生磁场
D．两条磁感线空隙处不存在磁场
13．如图所示， 把一条导线平行地放在磁针上方附近，导线中通有电流时，磁针会发生偏转。首先观察到这个实验现象的物理学家是（　　）
A．奥斯特 B．法拉第
C．麦克斯韦 D．特斯拉
14．以MN为直径，O为圆心的半圆弧上有M、N、P三点，如图所示，其中∠MOP＝ ，在MN两处各放置一条通有等大电流的长直导线垂直穿过半圆弧面，方向如图，这时O点的磁感应强度大小为B1。若将M处长直导线移至P处，则O点的磁感应强度大小为B2，则B2与B1之比为（　　）
A．3：2 B．2: C．：2 D．1：2
二、多选题
15．为研究磁现象,某同学进行了这样的实验:图1中将条形磁铁靠近细线悬挂的曲别针,曲别针被吸引，细线倾斜;图2 中在曲别针的下方放上点燃的蜡烛,给曲别针加热，过一会儿细线回到竖直位置．下列分析正确的是
A．被吸引是因为曲别针被磁化后在磁铁产生的磁场中受到力的作用
B．被吸引是因为曲别针质量很小
C．细线回到竖直位置是因为条形磁铁在曲别针处产生的磁场消失了
D．细线回到竖直位置是因为曲别针在高温下磁畴被破坏产生退磁现象
16．了解物理规律的发现过程，学会象科学家那样观察与思考往往比掌握知识更重要，下列说法符合物理学史实的是( )
A．法拉第最早提出电场的概念，并提出用电场线描述电场
B．库仑总结出了真空中静止点电荷之间相互作用的规律
C．奥斯特发现了磁场产生电流的条件和规律
D．美国物理学家密立根最早用油滴实验测出了元电荷e的电荷量
17．下列各图中，已标出电流及电流所产生磁场的磁感应强度的方向，其中正确的是（　　）
A．直线电流 B．直线电流
C．环形电流 D．通电螺线管
18．某电器元件不小心被外磁场磁化了，为了使该元件退磁，下列方法有效可行的有（下列方法均不会使元件损坏）（　　）
A．把该元件高温处理
B．把该元件通入强电流
C．把该元件放在逐渐减弱的交变磁场中
D．把该元件放入强磁场中
19．下列所示各图中，小磁针涂黑的一端为小磁针的N极的指向正确的是
A． B．
C． D．
20．有AB两段电阻丝，材料相同，长度也相同，它们的横截面的直径之比为dA：dB=1：2，把它们串联在电路中，则下列说法正确的是（　　）
A．它们的电阻之比RA：RB=4：1
B．通过它们的电流之比IA：IB=1：1
C．电子在两段中定向移动速度之比vA：vB=1：4
D．两段中的电场强度之比EA：EB=1：2
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
当大头针被磁化后，针尖部分为同名磁极，相互排斥而张开。
故选C。
2．D
【解析】
【详解】
A．、在处产生的合磁感应强度方向如图所示：
即合磁感应强度的方向与的连线平行，故A正确，不符合题意；
B．、在处产生的合磁感应强度方向如图所示：
由几何知识可知、在处产生的合磁感应强度方向与和的连线垂直，故B正确，不符合题意；
CD．、通电导线在处的合磁场大小与、通电导线在处的合磁场相等，设各自通电导线在其他两点的磁场大小为，那么、和三处磁场之比为
根据安培力公式
单位长度所受的安培力大小之比等于磁感应强度之比，为，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
故选D。
3．B
【解析】
【详解】
磁感线就是根据细铁屑在磁铁周围排列出的曲线而假想的曲线，选项A错误；根据安培的“分子电流”假说，磁铁在高温条件下和受到强烈振动时磁性会减弱，选项B正确；磁场的方向与通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向垂直，选项C错误；磁场某处磁感强度的大小只由磁场本身决定，与放在该处的小段通电导线IL乘积无关，选项D错误；故选B.
4．B
【解析】
【详解】
A．由图可知通电直导线的电流方向为垂直纸面向外，故A错误；
B．根据安培定则可知通电直导线在小磁针处产生的磁场方向为水平向右，而小磁针N极指向左侧，所以通电螺线管在小磁针处产生的磁场方向一定为水平向左，根据安培定则可知端一定接电源的正极，故B正确；
CD．通电直导线在d点处产生的磁场方向为斜向右下方，而通电螺线管在d点处产生的磁场方向为水平向右，两者磁场的矢量和方向应为斜向右下，故CD错误。
故选B。
5．B
【解析】
【分析】
磁化后的磁极应与电磁铁的极性有必然的关系，可由磁极间的相互作用判定．
【详解】
由图可知，各磁体均处在磁场中，故均可以被磁化；磁化后磁体的N极指向应与磁感线的方向相同，则可知，A的左端为S极，B的左端为S极，C的左端为N极；故只有B正确．
【点睛】
此题考查了磁化现象，要解决此题首先要明确磁化后的磁体的NS极与原磁体的NS极之间的位置关系．可以通过磁极间的相互作用或磁感线的方向进行判断．
6．B
【解析】
【详解】
AB．由图知到时间内，导线中向上的电流减小，线框内向里的磁通量减小，由楞次定律可知，线框内有abcda方向的感应电流，由左手定则可知，ad边受到向左的安培力，bc边受向右的安培力，因ab边所在位置磁场较强，则ab边受到的向左的安培力大于bc边受到的向右的安培力，而ab边和cd边受安培力的合力为零，则整个线圈受安培力向左，即线框受力向左；A错误，B正确；
C．在时刻，由楞次定律知，线框内有abcda方向的感应电流，因导线中电流为零，所以线框受力为零，选项C错误；
D．在t3时刻，直导线中电流最大，但是电流变化率为零，线框内电流为零，线框受力为零，选项D错误。
故选B。
【点睛】
本题的关键掌握安培定则判断电流与其周围磁场的方向的关系，运用楞次定律判断感应电流的方向，以及运用左手定则判断安培力的方向．
7．D
【解析】
【详解】
当通入如图所示的电流时，根据右手螺旋定则可得小磁针的位置的磁场方向是垂直纸面向里，由于小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以小磁针的N极将垂直于纸面向里转动。即从上往下看，小磁针逆时针转动，故D正确，ABC错误。
故选D。
8．B
【解析】
【详解】
根据安培定则可知，平面内通电圆环在圆心O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外，即水平向南，大小为B0，垂直平面内的通电圆环在圆心O处产生的磁感应强度方向水平向东，大小为B0，两者相互垂直，根据平行四边形定则进行合成得知，O处的磁感应强度大小为
方向即为，水平面内朝东偏南45°方向。
故选B。
9．B
【解析】
【详解】
试题分析：圆环带有负电荷，圆环顺时针转动时，产生的等效电流方向沿逆时针方向；由安培定则可知，a、b、d所在处磁场垂直于纸面向里，c处磁场垂直于纸面向外，故a、b、d处的小磁针的N极朝纸内转动，c处小磁针的N极朝纸外转动，故B正确；
故选B
考点：安培定则
【名师点睛】本题考查了判断磁场方向问题，知道电流方向、熟练应用安培定则即可正确解题．
10．C
【解析】
【详解】
正电荷沿着逆时针方向作匀速圆周运动，因此电流为逆时针方向，根据安培定则可知圆内部磁场方向向外，外部磁场方向向里，故ABD错误，C正确。
故选C。
【点睛】
本题考查了安培定则的应用，注意大拇指指向为内部磁场方向，外部磁场方向和内部相反．
11．C
【解析】
【详解】
同向电流相互吸引，异向电流相互排斥；
A．导线a受b、c安培力恰好与其重力平衡，因此b、c对a的安培力都为排斥力，b、c为同向电流，a与b、c为异向电流，故A正确，不符合题意；
B．b对c为吸引力，a对c为排斥力，同时c还受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，由平衡知识可知，导线c受到的安培力的合力的方向为竖直向下，故B正确，不符合题意。
C．由以上分析可知，导线a受到的磁场力为竖直向上，大小等于重力mg；导线b所受的磁场力竖直向下，且满足
对abc的整体而言
则
则b所受的磁场力
即导线a、b所受的磁场力大小不相等，只是方向相反，选项C错误；符合题意；
D．对c导线分析可知
解得
选项D正确，不符合题意；
故选C。
12．C
【解析】
【详解】
A．电流的周围也存在磁场，磁铁不是磁场的唯一来源，故A错误；
B．磁感线是闭合曲线，再磁体外部从N极出发进入S极，内部有S极到N极，是闭合曲线，故B错误；
C．静止的电荷能产生电场，静止的电荷不能产生电流，从而不能产生磁场，而运动的电荷等效为产生电流才能产生磁场，故C正确；
D．磁感线的相对疏密表示磁性的相对强弱，即磁力线疏的地方磁性较弱，磁力线密的地方磁性较强；两磁感线空隙处存在磁场，故D错误；
故选C。
13．A
【解析】
【详解】
首先观察到电流的磁效应现象的物理学家是奥斯特。
故选A。
14．C
【解析】
【详解】
依题意，每根导线在O点产生的磁感强度为，方向竖直向下，则当M移至P点时，O点合磁感强度大小为：
则B2与B1之比为：2。
故选C。
15．AD
【解析】
【详解】
曲别针被吸引是因为曲别针被磁化后在磁铁产生的磁场中受到力的作用，选项A正确，B错误；当用火对回形针加热时，回形针内部的分子电流虽然仍然存在但变得杂乱无章，每个分子电流产生的磁场相互抵消，从而对外不显磁性，故D正确，C错误．故选AD.
16．ABD
【解析】
【详解】
A．法拉第最早提出电场的概念，并提出用电场线描述电场，故A正确；
B．库仑总结出了真空中静止点电荷之间相互作用的规律，故B正确；
C．奥斯特发现了电流周围产生磁场，故C错误；
D．美国物理学家密立根最早用油滴实验测出了元电荷e的电荷量，故D正确。
故选ABD.
17．BC
【解析】
【详解】
A．根据安培定则，向外的直导线电流产生的磁场方向为逆时针同心圆，A错误；
B．根据安培定则，向下的直导线电流左侧磁场方向向里，右侧磁场方向向外，B正确；
C．根据安培定则，环形电流由右侧流入，内部的磁场方向应向上，C正确；
D．根据安培定则，通电螺线管内部磁场方向应向右，D错误；
故选BC。
18．AC
【解析】
【详解】
当磁体被高温加热、剧烈撞击或者受到其他磁场等的作用时，分子电流取向变得杂乱无章，对外就不再显示磁性。
故选AC。
19．ABD
【解析】
【分析】
用右手握住螺线管，让四指弯曲的方向与螺线管中的电流方向一致，则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极；据磁极间的作用规律、结合磁感线的方向分析判断即可解决；
【详解】
由右手定则，螺线管内部磁场N极向左，小磁针N极与磁场方向相同，A正确；地球磁场从地理南极指向地理北极，故小磁针的N极向上，B正确；条形磁铁的磁场由N极指向S极，故中间位置磁场方向向下，故N极向下，C错误；U形磁铁的磁场由N极指向S极，小磁针的N极和磁场方向一致，D正确．
20．AB
【解析】
【详解】
A．长度、材料均相同，它们的横截面的直径之比为
dA：dB=1：2
则横截面积之比为
SA：SB=1：4
根据
R=ρ
可知电阻之比
RA：RB=4：1
故A正确；
B．因两者是串联，它们的电流总相等，故B正确；
C．根据电流的微观表达式
I=neSv
则有定向移动速率与横截面成反比，因此定向移动速度之比
vA：vB=4：1
故C错误。
D．两段的电压之比等于电阻之比，即
UA：UB=4：1
则根据
可得场强之比
EA：EB=4：1
选项D错误。
故选AB。