13.1 磁场 磁感线（培优.含解析）-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

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13.1磁场 磁感线
一．选择题（共6小题）
1．关于电场、磁场，下列说法正确的是（　　）
A．电场线和磁感线是看不见的曲线，却客观存在
B．电势有正负之分，因此电势是矢量
C．一小段通电直导线在磁场中某点不受磁场力作用，则该点的磁感应强度一定为零
D．电场线一定不闭合且一定垂直于等势面
2．下列关于磁现象的说法正确的是（　　）
A．自然界中的磁体总存在着两个磁极
B．磁场中小磁针磁极受力方向就是磁场方向
C．磁场、磁感线都是客观存在的
D．磁感线都是从磁体N极出发终止于磁体S极
3．图1所示为两点电荷的电场线分布，图2所示为通电螺线管的磁感线分布，下列说法正确的是（　　）
A．电场线起始于正电荷止于负电荷，磁感线起始于N极止于S极
B．两图中，电场线、磁感线的疏密程度均代表场的强弱
C．图1中两电荷均带正电
D．图2中通电螺线管的左端为N极，右端为S极
4．中国作为文明古国，其四大发明——造纸术、印刷术、火药、指南针影响深远。东汉时期思想家王充在《论衡》一书中有关于“司南之杓，投之于地，其柢（即勺柄）指南”的记载。如图所示的司南是用天然磁铁矿石琢成的一个勺形物体，放在一个刻着方位的光滑方盘上。下列说法正确的是（　　）
A．“司南之杓”可以用铜为材料制作
B．“柢”相当于磁体的S极
C．地球的磁场是人为想象出来的
D．“柢”能够指南是因为方盘对它施加了向南的力
5．如图所示，用长为L的不可伸长绝缘轻绳将铜制闭合小环悬挂于O点，小环半径为r、质量为m。在O点正下方水平放置一根与小环共面的通电直导线，直导线中的恒定电流方向水平向右。a为小环的初始释放位置，oa与竖直方向夹角为θ，b位置在O点正下方，c位置为小环摆动到ob右侧的最高点，现将小环从a点无初速释放，忽略空气阻力，重力加速度大小为g，则（　　）
A．小环从a到b的过程中会产生逆时针方向的感应电流
B．小环从b到c的过程中所受安培力方向始终与运动方向相反
C．小环最终会停在b点，且产生的热量为mg（L+r）（1﹣cosθ）
D．增大导线中的恒定电流，小环从开始摆动到停止摆动所用时间会减小，产生的热量会增大
6．如图所示，在水平桌面上放置一条形磁铁，其左侧正上方有一通以恒定电流的长直导线，导线与磁铁互相垂直。现将长直导线自左向右平移经过条形磁铁的正上方，磁铁始终保持静止，此过程中磁铁对桌面的（　　）
A．压力始终大于磁铁重力
B．摩擦力的方向始终向右
C．摩擦力的大小始终不变
D．摩擦力的大小先减小后增大
二．多选题（共3小题）
（多选）7．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了：“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示。结合上述材料，下列说法正确的是（　　）
A．地球表面任意位置的磁场方向都与地面平行
B．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近
C．若地磁场是由地球自转引起，可以判断出地球是带负电的
D．地磁场的磁感线是不闭合的
（多选）8．下列所示各图中，小磁针的指向正确的是（　　）
A． B．
C． D．
（多选）9．如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外，若过a点的导线在O点产生的磁感应强度为B，则（　　）
A．O点的磁感应强度为
B．O点的磁感应强度沿y轴负方向
C．移走d点的导线，O点磁感应强度变为B
D．移走d点的导线，O点磁感应强度沿OC方向
三．填空题（共4小题）
10．如图所示，在一竖直面内有两根平行的长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线中间，与两导线的距离均为r，b点在导线1上方，与导线1的距离也为r，现测得a点的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面 　 　 （选填“向里”或“向外”）；若去掉导线2后，b点的磁感应强度大小为 　 　 ，方向垂直纸面 　 　 （选填“向里”或“向外”）。
11．如图所示，ab、cd是两根在同一竖直平面内的长直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，小磁针与两根直导线静止在同一竖直平面内。当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针N极垂直于纸面向外转动，则导线cd中电流方向为 　 　 ；若导线ab中电流方向是b→a，如何才能使小磁针N极仍然垂直于纸面向外转动？　 　 。
12．如图所示，将通电直导线AB用悬线水平悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关时A端向纸 　 　 运动（填“里”或“外”），悬线张力变 　 　 （填“大”或“小”）。
13．如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相同的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。每根导线在O处产生的磁感应强度大小均为B，则O点的磁感应强度大小为 　 　 ；a点的磁感应强度 　 　 （填“大于”“等于”或“小于”）b点的磁感应强度；c点的磁感应强度方向与d点的 　 　 （填“相同”或“相反”）。
四．解答题（共2小题）
14．环形电流周围有磁场，根据电磁学理论可知，半径为R、电流强度为I的环形电流中心处的磁感应强度大小，其中K为已知常量。电流的本质是电荷的定向运动，电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。
（1）氢原子核外电子以速率v绕核做圆周运动，轨道半径为r，电荷量为e，求该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小B1。
（2）如图1，在一个竖直放置一半径为r、电阻为R、匝数为n的圆形线圈的圆心O处，有一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针。线圈未通电流时，小磁针稳定后指向地磁场水平分量方向，调整线圈方位使其与静止的小磁针在同一竖直平面内，并通入电流，小磁针偏转了θ角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Be，求：线圈两端的电压。
（3）有人用电流观点解释地磁成因：在地球内部的古登堡面附近集结着绕地轴转动的管状电子群，转动的角速度为ω，该电子群形成的电流产生了地磁场。如图2所示，为简化问题，假设古登堡面的半径为R，电子均匀分布在距地心R、直径为d的管道内，管道内单位长度电荷量q，且d R，求此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小B2。
15．库仑定律与万有引力定律类似，均为距离平方反比定律。在正点电荷Q的电场中，一个电量为﹣q的粒子（重力不计），在与Q间距r1处由静止释放，此时的电势能为 　 　 ；当其运动至与Q间距r2时，其动能增量为 　 　 。已知引力势能EpG，静电力常量记为k。
在研究全电路时，我们可以将电源内部抬升电势的部分类比为向高处抽水的水泵；电阻类比为自高处流向低处的水流遇到的阻碍。则由此类比可知：
（2）在电源内部抬升电势的部分，非静电力做 　 　 ；
A.正功
B.负功
（3）在闭合回路中，电流流过电源的抬升电势部分（即对应电动势）和内阻部分时，分别发生怎样的能量转化 　 　 ；
A.电动势：电能→其他能；内阻：其他能→电能
B.均为电能→其他能
C.电动势：其他能→电能；内阻：电能→其他能
D.均为其他能→电能
（4）电荷产生电场，电场对电荷有力的作用。电流产生磁场，磁场对电流有力的作用。则结合所学知识，可推测右图所示的通电螺线管（叉与点均表示电流方向）内部的磁场方向为：　 　 ；
A.向左
B.向右
C.向上
D.向下
（5）大小为：　 　 。
A.近似为匀强磁场
B.靠近电流处更强
C.中轴线处更强
13.1磁场 磁感线
参考答案与试题解析
一．选择题（共6小题）
1．关于电场、磁场，下列说法正确的是（　　）
A．电场线和磁感线是看不见的曲线，却客观存在
B．电势有正负之分，因此电势是矢量
C．一小段通电直导线在磁场中某点不受磁场力作用，则该点的磁感应强度一定为零
D．电场线一定不闭合且一定垂直于等势面
【考点】磁感线的概念和性质；电场线的定义及基本特征．
【专题】定性思想；推理法；理解能力．
【答案】D
【分析】围绕电场、磁场的基础概念，分别分析电场线和磁感线的本质、电势的矢量标量属性、通电导线受磁场力的条件、电场线与等势面的关系，逐一判断选项正误。
【解答】解：A、电场线和磁感线是为形象描述电场、磁场而假想的曲线，并非客观存在，故A错误。
B、电势的正负表示相对零电势点的高低，电势是标量，不是矢量，故B错误。
C、若一小段通电直导线与磁场方向平行，在磁场中某点不受磁场力作用，但该点的磁感应强度不一定为零，故C错误。
D、电场线从正电荷（或无穷远）出发，到负电荷（或无穷远）终止，一定不闭合；且电场线一定垂直于等势面，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查电场和磁场的基础概念，需准确把握假想模型、标量矢量区别、受力条件等关键知识点，是对电磁学基础知识的综合考查。
2．下列关于磁现象的说法正确的是（　　）
A．自然界中的磁体总存在着两个磁极
B．磁场中小磁针磁极受力方向就是磁场方向
C．磁场、磁感线都是客观存在的
D．磁感线都是从磁体N极出发终止于磁体S极
【考点】磁感线的概念和性质；磁现象与磁场．
【专题】定性思想；归纳法；磁场 磁场对电流的作用；理解能力．
【答案】A
【分析】磁体总是存在两个磁极；小磁针N极的受力方向是磁场方向；磁感线是为了描述磁场假想出来的；磁感线是闭合曲线。
【解答】解：A、自然界中的磁体总是存在两个磁极分别为N极和S极，故A正确；
B、磁场中小磁针N极的受力方向就是磁场方向，故B错误；
C、磁场是客观存在的，磁感线是为了描述磁场假想出来的，客观上不存在，故C错误；
D、磁感线是闭合曲线，在磁体的外部是从N极指向S极，在磁体的内部，是从S极指向N极的，故D错误。
故选：A。
【点评】本题考查了对磁感线的认识，知道磁感线是为了形象的描述磁场而假想出来的，客观上并不存在。
3．图1所示为两点电荷的电场线分布，图2所示为通电螺线管的磁感线分布，下列说法正确的是（　　）
A．电场线起始于正电荷止于负电荷，磁感线起始于N极止于S极
B．两图中，电场线、磁感线的疏密程度均代表场的强弱
C．图1中两电荷均带正电
D．图2中通电螺线管的左端为N极，右端为S极
【考点】磁感线的概念和性质；电场线的定义及基本特征．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；理解能力．
【答案】B
【分析】对于磁体的外部，磁感线是从N极指向S极，对于磁体内部，磁感线是从S极指向N极；电场线是从正电荷出发指向无穷远或负电荷，或从无穷远指向负电荷；根据安培定则判定通电螺线管的N、S极。
【解答】解：A、对于磁体的外部，磁感线是从N极指向S极，对于磁体内部，磁感线是从S极指向N极，磁感线是闭合曲线，而电场线是从正电荷出发指向无穷远或负电荷，或从无穷远指向负电荷，不是闭合曲线，故A错误；
B、磁感线和电场线是为了形象地描述磁场和电场引入的，磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，电场线的疏密表示电场强度的大小，故B正确；
C、由电场分布可知，图1中左侧电荷为负电荷，右侧电荷为正电荷，故C错误；
D、根据磁场分布可知，图2中通电螺线管的左端为S极，右端为N极，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了安培定则的应用、磁感线的特点，属于基础题。
4．中国作为文明古国，其四大发明——造纸术、印刷术、火药、指南针影响深远。东汉时期思想家王充在《论衡》一书中有关于“司南之杓，投之于地，其柢（即勺柄）指南”的记载。如图所示的司南是用天然磁铁矿石琢成的一个勺形物体，放在一个刻着方位的光滑方盘上。下列说法正确的是（　　）
A．“司南之杓”可以用铜为材料制作
B．“柢”相当于磁体的S极
C．地球的磁场是人为想象出来的
D．“柢”能够指南是因为方盘对它施加了向南的力
【考点】地磁场．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】B
【分析】“司南”是最早的指南针，是利用天然的磁石磨制成的磁勺，磁勺受到地磁场的作用总是一端指南一端指北。
【解答】解：A．铜不能被磁化，“司南之杓”不可以用铜为材料制作，故A错误；
B．磁铁静止时S极指向地理南极，“柢”相当于磁体的S极，故B正确；
C．地球的磁场是真实存在的，故C错误；
D．“柢”能够指南是因为受到地磁场的作用力，故D错误。
故选：B。
【点评】指南针早起称司南，主要组成部分是一根装在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向，常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。
5．如图所示，用长为L的不可伸长绝缘轻绳将铜制闭合小环悬挂于O点，小环半径为r、质量为m。在O点正下方水平放置一根与小环共面的通电直导线，直导线中的恒定电流方向水平向右。a为小环的初始释放位置，oa与竖直方向夹角为θ，b位置在O点正下方，c位置为小环摆动到ob右侧的最高点，现将小环从a点无初速释放，忽略空气阻力，重力加速度大小为g，则（　　）
A．小环从a到b的过程中会产生逆时针方向的感应电流
B．小环从b到c的过程中所受安培力方向始终与运动方向相反
C．小环最终会停在b点，且产生的热量为mg（L+r）（1﹣cosθ）
D．增大导线中的恒定电流，小环从开始摆动到停止摆动所用时间会减小，产生的热量会增大
【考点】安培定则（右手螺旋定则）；左手定则判断安培力的方向；通电直导线周围的磁场．
【专题】定量思想；方程法；电磁感应中的力学问题；理解能力．
【答案】C
【分析】根据小环运动过程中磁通量的变化判断感应电流方向，再结合能量守恒分析热量及安培力相关问题。
【解答】解：A、根据题意分析可知，由安培定则有，直导线上方磁场方向垂直纸面向外，小环从a到b的过程中磁通量增加，由楞次定律可得，线圈中感应电流方向是顺时针，故A错误；
B、根据题意分析可知，小环从b到c的过程中，磁通量减小，由楞次定律可得，线圈中感应电流方向是逆时针，将小环分解为若干个小的电流元，根据左手定则可判断，上半环的部分所受合力向上，下半环部分所受合力向下，下半环所在处的磁场比上半环所在处的磁场强，则整个环所受安培力的方向向下，与速度存在一定的夹角，故B错误；
C、根据题意分析可知，小环在摆动过程中，由于不断产生感应电流，机械能不断转化为内能，最终会停在b点；根据能量守恒定律，减少的机械能全部转化为热量，则有Q＝ΔE＝mg（L+r）（1﹣cosθ），故C正确；
D、根据题意分析可知，增大导线中的恒定电流，小环所在区域的磁场增强，小环摆动过程中产生的感应电动势和感应电流增大，安培力增大，小环从开始摆动到停止摆动所用时间会减小。根据能量守恒定律，最终减少的机械能还是ΔE＝mg（L+r）（1﹣cosθ）
则产生热量仍为Q＝ΔE＝mg（L+r）（1﹣cosθ），故D错误。
故选：C。
【点评】本题关键在于理解楞次定律的“阻碍”含义，以及运用能量守恒定律分析问题。
6．如图所示，在水平桌面上放置一条形磁铁，其左侧正上方有一通以恒定电流的长直导线，导线与磁铁互相垂直。现将长直导线自左向右平移经过条形磁铁的正上方，磁铁始终保持静止，此过程中磁铁对桌面的（　　）
A．压力始终大于磁铁重力
B．摩擦力的方向始终向右
C．摩擦力的大小始终不变
D．摩擦力的大小先减小后增大
【考点】通电直导线周围的磁场；判断是否存在摩擦力；牛顿第三定律的理解与应用．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】D
【分析】先判断电流所在位置的磁场方向，然后根据左手定则判断安培力方向；再根据牛顿第三定律得到磁体受力方向，最后对磁体受力分析，根据平衡条件判断。
【解答】解：A、根据左手定则可知导线先受到右下方的安培力，直至到达磁体正上方时，安培力竖直向下，然后受到左下方的安培力；根据牛顿第三定律可知磁铁先受到左上方的磁场力，再受到右上方的磁场力。由于磁铁静止，则压力始终小于重力；故A错误；
BCD、摩擦力先向右再向左；导线在磁铁正上方时，摩擦力为0，所以磁铁受到的摩擦力的大小先减小后增大。故BC错误，D正确。
故选：D。
【点评】本题关键先对电流分析，得到其受力方向，再结合牛顿第三定律和平衡条件分析磁体的受力情况。
二．多选题（共3小题）
（多选）7．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了：“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示。结合上述材料，下列说法正确的是（　　）
A．地球表面任意位置的磁场方向都与地面平行
B．地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近
C．若地磁场是由地球自转引起，可以判断出地球是带负电的
D．地磁场的磁感线是不闭合的
【考点】地磁场．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】BC
【分析】根据课本中有关地磁场的基础知识，同时明确磁场的性质；根据安培定则判断地球的电性；磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球。
【解答】解：A．只有在地球赤道上方位置的地磁场方向才与地面平行，故A错误；
B．地理南、北极与地磁场的南、北极并不重合，地磁南极在地理北极附近，故B正确；
C．地球的南极是地磁场的北极，地球自转方向自西向东，由安培定则判断可知地球是带负电的，故C正确；
D．地磁场的磁感线是闭合的，在地球外部从N极到S极，内部从S极到N极，故D错误。
故选：BC。
【点评】本题考查了地磁场的性质，解题的关键是明确电磁的南北极，根据安培定则判断地球的电性。
（多选）8．下列所示各图中，小磁针的指向正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【考点】条形磁铁和蹄形磁铁的磁场分布；通电直导线周围的磁场；地磁场．
【专题】应用题；定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】ABD
【分析】由安培定则及磁场的分布规律可明确磁场的方向，而小磁针静止时N极指向为磁场的方向，从而即可求解。
【解答】解：A、由安培定则可知，螺线管右侧为S极，左侧为N极，则处在螺线管内部小磁针的N极应向左，故A正确；
B、由地磁场从地球的南极指向北极，结合小磁针静止时N极指向为磁场的方向，因此赤道处小磁针N极指向地球的北极，故B正确；
C、根据安培定则判断直导线周围磁场，则小磁针处的磁场方向竖直向下，应该是N极向下，故C错误；
D、U形磁铁，小磁针处的磁场向N极指向S极，则小磁针N极向右，故D正确；
故选：ABD。
【点评】本题考查安培定则的应用，要注意明确小磁针N极受力方向为该点磁感应强度的方向。
（多选）9．如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外，若过a点的导线在O点产生的磁感应强度为B，则（　　）
A．O点的磁感应强度为
B．O点的磁感应强度沿y轴负方向
C．移走d点的导线，O点磁感应强度变为B
D．移走d点的导线，O点磁感应强度沿OC方向
【考点】通电直导线周围的磁场；磁感应强度的定义与物理意义．
【专题】定量思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；理解能力．
【答案】CD
【分析】运用安培定则，判断各导线产生的磁感应强度方向，并通过磁感应强度的叠加分析各选项。
【解答】解：AB、四条导线中的电流大小相等，且到O点的距离相等，故四条通电导线在O点产生的磁感应强度大小相等，均为B。根据安培定则可知，四条导线中在O点产生的磁感应强度方向，如图所示。
由图可知，Bb与Bc相互抵消，Ba与Bd合成，根据平行四边形定则可知，O点的磁感应强度方向由O指向c，其大小为2B，故AB错误；
CD、移走d点的导线，其它三条导线在O点的磁感应强度不变，则O点磁感应强度变为B，故CD正确。
故选：CD。
【点评】熟练掌握和应用安培定则是解题的关键。因为磁感应强度是矢量，所以磁场的叠加遵循平行四边形定则。
三．填空题（共4小题）
10．如图所示，在一竖直面内有两根平行的长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线中间，与两导线的距离均为r，b点在导线1上方，与导线1的距离也为r，现测得a点的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面 　向里　 （选填“向里”或“向外”）；若去掉导线2后，b点的磁感应强度大小为 　0.5B　 ，方向垂直纸面 　向外　 （选填“向里”或“向外”）。
【考点】通电直导线周围的磁场；磁感应强度的定义与物理意义．
【专题】定量思想；推理法；电磁感应与电路结合；推理论证能力．
【答案】向里；0.5B；向外。
【分析】根据右手定则得出磁场的方向，结合磁场合成的特点得出b点的磁感应强度的大小和方向。
【解答】解：根据右手螺旋定则可知两导线在a点形成磁场方向相同，故磁感应强度方向纸面向里。
因为两导线电流大小相等，a点与两导线的距离也相等，故单根导线在a点形成磁感应强度大小为0.5B，故撤掉导线2后，b点磁感应强度大小为0.5B，根据安培定则可知b点磁场方向垂直纸面向外。
故答案为：向里；0.5B；向外。
【点评】本题主要考查了通电导线周围的磁场特点，熟悉右手定则得出磁感应强度的方向，结合矢量合成的特点即可完成分析。
11．如图所示，ab、cd是两根在同一竖直平面内的长直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，小磁针与两根直导线静止在同一竖直平面内。当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针N极垂直于纸面向外转动，则导线cd中电流方向为 　d→c　 ；若导线ab中电流方向是b→a，如何才能使小磁针N极仍然垂直于纸面向外转动？　在导线中通以d→c，大小比ab中更大的电流　 。
【考点】安培定则（右手螺旋定则）．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】d→c；在导线中通以d→c，大小比ab中更大的电流。
【分析】根据右手螺旋定则结合磁场的合成知识分析解答。
【解答】解：根据右手螺旋定则，cd中的电流方向为d→c；若导线ab中电流方向是b→a，为了使小磁针N极垂直纸面向外转动，根据磁感应强度的合成知识可知，可以在导线中通以d→c，大小比ab中更大的电流。
故答案为：d→c；在导线中通以d→c，大小比ab中更大的电流。
【点评】考查右手螺旋定则结合磁场的合成知识，会根据题意进行准确分析解答。
12．如图所示，将通电直导线AB用悬线水平悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关时A端向纸 　里　 运动（填“里”或“外”），悬线张力变 　大　 （填“大”或“小”）。
【考点】环形电流或通电螺线管周围的磁场；左手定则判断安培力的方向．
【专题】定性思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】里，大。
【分析】根据安培定则判断出电磁铁的极性，进而判断直导线左、右两部分所受安培力的方向；当导线转过90°时，根据特殊位置法，判断导线所受的安培力方向，据此分析作答。
【解答】解：根据安培定则可知，电磁铁左边为N极，右边为S极。由于直导线左、右两部分所在的磁场方向不同，可将直导线分为左、右两部分处理，根据左手定则可得，图示位置导线A端所受安培力向纸内，B端向纸外，则接通开关时，A端向纸里运动；根据特殊位置法，导线转过90°时，由左手定则可知其所受安培力向下，则悬线张力变大。
故答案为：里，大。
【点评】本题主要考查对左手定则的掌握，判断安培力作用下导体运动的方向，是磁场中的基本题型，这类问题往往是安培定则和左手定则综合应用，要熟悉电流法、特殊位置法、等效法、推论法等。
13．如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相同的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。每根导线在O处产生的磁感应强度大小均为B，则O点的磁感应强度大小为 　0　 ；a点的磁感应强度 　等于　 （填“大于”“等于”或“小于”）b点的磁感应强度；c点的磁感应强度方向与d点的 　相反　 （填“相同”或“相反”）。
【考点】通电直导线周围的磁场；磁感应强度的定义与物理意义．
【专题】定量思想；合成分解法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】0，等于，相反。
【分析】分别做出这几个位置的合磁场的磁感应强度矢量图，根据平行四边形定则进行矢量合成，进而分析即可。
【解答】解：如图所示
由题知O为MN的中点，根据右手定则知BNO和BMO等大反向，合磁感应强度为0；
如图所示
因为a、b到O点的距离相等，则可知，Ba和Bb，等大反向；
如图所示
因为c、d到O点的距离相等，则可知，Bc和Bd 等大反向。
故答案为：0，等于，相反。
【点评】能够根据安培定则做出这几个位置的磁感应强度的矢量图是解题的关键。
四．解答题（共2小题）
14．环形电流周围有磁场，根据电磁学理论可知，半径为R、电流强度为I的环形电流中心处的磁感应强度大小，其中K为已知常量。电流的本质是电荷的定向运动，电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。
（1）氢原子核外电子以速率v绕核做圆周运动，轨道半径为r，电荷量为e，求该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小B1。
（2）如图1，在一个竖直放置一半径为r、电阻为R、匝数为n的圆形线圈的圆心O处，有一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针。线圈未通电流时，小磁针稳定后指向地磁场水平分量方向，调整线圈方位使其与静止的小磁针在同一竖直平面内，并通入电流，小磁针偏转了θ角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Be，求：线圈两端的电压。
（3）有人用电流观点解释地磁成因：在地球内部的古登堡面附近集结着绕地轴转动的管状电子群，转动的角速度为ω，该电子群形成的电流产生了地磁场。如图2所示，为简化问题，假设古登堡面的半径为R，电子均匀分布在距地心R、直径为d的管道内，管道内单位长度电荷量q，且d R，求此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小B2。
【考点】通电直导线周围的磁场；磁感应强度的定义与物理意义．
【专题】定量思想；推理法；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】（1）该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小为。
（2）线圈两端的电压为。
（3）此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小为Kqω。
【分析】（1）根据牛顿第二定律结合电流的定义式解得。
（2）根据题意结合欧姆定律解答。
（3）根据电流的定义式解答。
【解答】解：（1）设电子绕核做圆周运动的周期为T，则有：T
等效的“分子电流”大小为：
分子电流I在圆心处的磁感应强度大小为：
联立可得
（2）由题意知，线圈平面与地磁场水平分量方向一致，又待测电流在圆心O处产生的磁感应强度方向垂直于线圈平面，则BO与Be方向垂直，即地磁场磁感应强度的水平分量Be与BO的关系如图所示
则
BO＝Betanθ
且
联立有
则线圈两端的电压
U＝IOR
解得
（3）设管状电子群的总电荷量为Q，则其转动的周期为
定向转动所形成的等效电流为
由于管道内单位长度电荷量q，则
Q＝2πRq
管状电流I1在圆心处的磁感应强度大小为
联立可得
B2＝Kqω
答：（1）该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小为。
（2）线圈两端的电压为。
（3）此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小为Kqω。
【点评】解答此题的关键是知道地磁场的竖直分量和水平分量的关系，会构建物理模型，加强开发性思维题的训练．有一定难度。
15．库仑定律与万有引力定律类似，均为距离平方反比定律。在正点电荷Q的电场中，一个电量为﹣q的粒子（重力不计），在与Q间距r1处由静止释放，此时的电势能为 　　 ；当其运动至与Q间距r2时，其动能增量为 　　 。已知引力势能EpG，静电力常量记为k。
在研究全电路时，我们可以将电源内部抬升电势的部分类比为向高处抽水的水泵；电阻类比为自高处流向低处的水流遇到的阻碍。则由此类比可知：
（2）在电源内部抬升电势的部分，非静电力做 　A　 ；
A.正功
B.负功
（3）在闭合回路中，电流流过电源的抬升电势部分（即对应电动势）和内阻部分时，分别发生怎样的能量转化 　C　 ；
A.电动势：电能→其他能；内阻：其他能→电能
B.均为电能→其他能
C.电动势：其他能→电能；内阻：电能→其他能
D.均为其他能→电能
（4）电荷产生电场，电场对电荷有力的作用。电流产生磁场，磁场对电流有力的作用。则结合所学知识，可推测右图所示的通电螺线管（叉与点均表示电流方向）内部的磁场方向为：　A　 ；
A.向左
B.向右
C.向上
D.向下
（5）大小为：　A　 。
A.近似为匀强磁场
B.靠近电流处更强
C.中轴线处更强
【考点】环形电流或通电螺线管周围的磁场；库仑定律的表达式及其简单应用；电源内部的电荷移动和能量转化问题．
【专题】定量思想；推理法；恒定电流专题；磁场 磁场对电流的作用；推理论证能力．
【答案】（1），；（2）A；（3）C；（4）A；（5）A。
【分析】（1）根据电势能的表达式列式计算电势能，结合能量守恒定律计算动能的增量；
（2）根据非静电力做功的情况判断能量的转化情况；
（3）根据能量转化情况进行分析判断；
（4）根据右手螺旋定则进行判断；
（5）根据螺线管内部的磁场情况进行判断。
【解答】解：（1）与Q间距r时，其电势能为，当其运动至与Q间距r2时，其电势能为，所以动能的增量为
（2）在电源内部抬升电势的部分，非静电力做正功，将其它形式的能转化为电能。故A正确，B错误。
故选：A。
（3）在闭合回路中，电流流过电源的抬升电势部分（即对应电动势）和内阻部分时，分别将其他能转化为电能，电能转化为其他能。故C正确，ABD错误。
故选：C。
（4）根据右手螺旋定则可知，螺线管内部磁场的方向向左。故A正确，BCD错误。
故选：A。
（5）螺线管内部的磁场近似为匀强磁场。故A正确，BC错误。
故选：A。
故答案为：（1），；（2）A；（3）C；（4）A；（5）A。
【点评】考查电势、电势能以及恒定电流的问题，通电螺线管的磁场问题，会根据题意进行准确分析解答。
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