13.1 磁场和磁感线 -【划重点】2024-2025学年高二物理暑假预习强化之精细讲义（人教版2019必修第三册）

13.1 磁场和磁感线 ——划重点之高二暑假预习强化精细讲义 知识点1：电和磁的联系 1.磁现象 (1)磁性和磁体 物体吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性，具有磁性的物体叫磁体. (2)磁极 磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫作磁极. ①两极：任何磁体都有两个磁极，一个叫南极(又叫S极),另一个叫北极(又叫N极).能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极. ②磁极间的相互作用规律 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.磁极之间不相互接触也能产生力的作用.如图所示. 任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极. 2.奥斯特实验 (1)实验现象：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动，如图所示. 奥斯特实验证明了电流周围可以产生磁场，该实验本来是没有限制条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响.将通电导线沿南北方向水平放置，使电流产生的磁场方向与地磁场方向尽量垂直，才能让效果更明显. (2)电流的磁效应 通电导体的周围有磁场，即电流的周围有磁场，电流的磁场使放在导体周围的磁针发生偏转，磁场的方向跟电流的方向有关.这种现象叫作电流的磁效应 (3)实验意义：电流的磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系. 知识点2：磁场 自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究. (1)磁铁对通电导体的作用 把一段直导线放在磁铁的磁场里，给导线通上电流，导线会发生运动，这说明磁场不仅对磁体产生力的作用，对电流也会产生力的作用. (2)电流和电流之间的作用 两条平行直导线，通以相同方向或相反方向的电流时，可以看到如图甲、乙所示的实验现象. 即两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥. 同向电流相互吸引、异向电流相互排斥. 1.磁场的定义 存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质，能够传递它们之间的相互作用、 2.磁场的来源 (1)永磁体的周围存在磁场； (2)通电导体周围存在磁场(电流的磁效应); (3)运动电荷的周围存在磁场、 3.磁场的基本性质 对处于其中的磁体、通电导体或运动电荷有力的作用. 4.磁场的物质性 虽然磁场看不见摸不着，但磁场与电场一样是客观存在的，是物质存在的一种特殊形式. 【典例1】某兴趣小组将带绝缘胶皮的导线绕在一颗铁钉上制成一个简易的电磁铁，铁钉的正上方放置的小磁针稳定后如图所示，下列说法正确的是（　　） A．铁钉右端为电磁铁的S极 B．导线中电流从A端流入、B端流出 C．小磁针所在位置的磁场方向水平向左 D．增大导线中的电流，小磁针的N极将指向A端 【典例2】如图所示，为电磁铁，C为胶木秤盘，和C（包括支架）的总重量，为铁片，质量为，整个装置用轻绳悬于点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力（　　） A． B． C． D． 【典例3】（多选）如图，将磁铁在回形针正上方缓慢靠近。回形针被吸离桌面后向上运动过程（　　） A．加速度增大 B．加速度不变 C．机械能增大 D．机械能不变 知识点3：磁感线 1.磁场的方向 物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向. 磁场方向的三种表述方式 (1)小磁针静止时N极所指的方向，即N极受力的方向. (2)小磁针静止时S极所指的反方向，即S极受力的反方向. (3)磁感线的切线方向. 2.磁感线的实验模拟 在磁铁附近的不同位置放上小磁针.静止时小磁针的N极指向各不相同.由此能显示出磁感线的形状. 实验中常用铁屑来模拟磁感线的形状.在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”,轻敲玻璃板，细铁屑就会有规则地排列起来，就模拟出磁感线的形状.在磁体的两极，磁感线较密，表示磁场较强.利用磁感线可以形象地描述磁场. 实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，使抽象的磁场变得形象具体，但磁感线是假想出来的，不是由铁屑排列而成的. 3.磁感线 沿磁场中的细铁屑画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线. 4.磁感线的特点 (1)磁感线上任意一点的切线方向表示该位置的磁场方向，A即小磁针在该位置时N极的受力方向，或小磁针在该位置静止时N极的指向.如图所示，A、B、C三点的磁场方向均沿其所在位置磁感线的切线方向. (2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱.磁感线密集处磁场强、稀疏处磁场弱. (3)磁感线为闭合曲线，无起点和终点.在磁体的外部磁感线由N极发出，回到s极.在磁体的内部磁感线则由S极指向N极. (4)在稳定的磁场中，某一点只有唯一确定的磁场方向，所以微感线不能相交理馆3 (5)磁感线也不相切.若磁感线相功，则切点处的磁感应强度将趋近于无穷大，这是不可能的 没有磁感线的地方，并不表示没有磁场的存在，过磁场的任意一点有且仅有一条磁感线. 知识点4：安培定则及几种常见的磁场 1.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 在磁体的外部磁感线都是从北极(N极)出发回到南极(S极),在磁体的内部则是由南极指向北极，形成一条闭合的曲线，曲线上某点的切线方向表示该点的磁场方向. 2.直线电流的磁场 (1)把小磁针放到通电直导线附近，根据小磁针的指向，可以研究导线周围磁场的分布.改变电流的方向，各点的磁场方向都随之发生改变，即磁感线的方向随之改变. (2)安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.(这个规律也叫右手螺旋定则) ①直线电流在同一平面内的磁场分布 结论：由图可知，直线电流的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆在与导线垂直的平面内，且离电流越近，磁感线越密，磁感应强度越大. ②如图所示，分别为直线电流的磁场在空间内分布的立体图、横截面图和纵截面图. 结论：直线电流的磁场空间内距离直导线距离相等的点的磁感应强度大小相等. 3.环形电流的磁场 (1)环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线.在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。 (2)安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向. (3)如图为不同角度下观察到的环形电流的磁场. 4.通电螺线管的磁场 (1)通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，螺线管一端相当于南极，另一端相当于北极。 (2)通电螺线管内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线. (3)通电螺线管内部的磁场比两极处的磁场更强. (4)安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向.也就是说，拇指指向通电螺线管的北极. (5)如图为通电螺线管的磁场分布的立体图和截面图. 举例：如图所示，a、b是直线电流的磁场，c是环形电流的磁场，d、e是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向. 知识点5：安培分子电流假说 磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场和条形磁铁的磁场分布十分相似，法国学者安培由此受到启发，提出了著名的安培分子电流假说 1.假说内容 在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，这就是安培分子电流假说。 2.解释磁现象 (1)铁棒的磁化 铁棒未被磁化时，内部分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，如图甲所示. 当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向会变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁性，形成磁极，如图乙所示. (2)消磁：磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了. 3.磁现象的电本质 (1)磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的. (2)运动的电荷(电流)产生磁场，磁场对运动的电荷(电流)有磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)与磁场发生的相互作用. 【典例4】如图所示，在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁，开关闭合瞬间，出现的现象是（　　） A．螺线管上方是S极，弹簧长度变短 B．螺线管上方是S极，弹簧长度变长 C．螺线管上方是N极，弹簧长度变长 D．螺线管上方是N极，弹簧长度变短 【典例5】如图所示，小磁针的N极指向正确的是（　　） A．a B．b C．c D．d 【典例6】图中已标出电流I及电流所产生的磁场方向，其中正确的是（　　） A．直线电流 B．直线电流 C．通电螺线管 D．环形电流 【典例7】安培对物质具有磁性的解释可以用如图所示的情景来表示，那么（　　） A．甲图代表了被磁化的铁棒的内部情况 B．乙图代表了被磁化的铁棒的内部情况 C．磁体在常温环境与高温环境下磁性强弱相同 D．磁体在高温环境下磁性会加强 【典例8】磁场中某区域的磁感线如图所示，则（　　） A．a点没有磁感线，磁感应强度为零 B．a点磁感应强度比b点强 C．b点的磁场方向和该点的切线方向垂直 D．把一个小磁针放在b点，静止时小磁针N极的指向水平向右 【典例9】如图所示，在一个平面内有六根彼此绝缘的通电直导线，各通电导线的电流强度大小相同，方向如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域的面积相同，则垂直指向纸外且磁感线强度最大的区域是（　　） A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ 【典例10】下列关于磁场的相关判断和描述正确的是（　　）    A．甲图中通电导线受力是通过电场发生的 B．乙图表明条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止 C．丙图中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面内旋转不符合物理事实 D．丁图中环形导线通电后，轴心位置小磁针的N极向纸面内旋转不符合物理事实 重难点1：磁感线和电场线的比较 1.性质：磁感线是闭合曲线，而电场线是非闭合曲线.但它们都不会相交，它们可以是直线，也可以是曲线. 2.场的强弱：电场线、磁感线的疏密程度表示电场、磁场的强弱，若只有一条电场线或磁感线，无法判断电场或磁场的强弱。 3.方向：电场线、磁感线都是有方向的. (1)把小磁针放在磁铁的磁场中，小磁针受磁场力的作用，静止时它的两极指向确定的方向.规定在磁场中的任意一点，小磁针北极的受力方向，为该点的磁场方向，磁感线上任何一点切线的方向跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致。 (2)电场线上任何一点切线的方向即为该点的电场强度的方向，与放在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与负电荷所受电场力的方向相反. 4.(1)磁体外部的磁感线是从N极出发，回到磁体的S极，而磁体内部的磁感线又由磁体的S极指向N极.(2)电场线则始于正电荷，终止于负电荷；或始于正电荷，终止于无穷远；或始于无穷远，终止于负电荷. 5.电场线、磁感线在空间是立体分布的.如：直线电流的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆.点电荷周围的电场线是以点电荷为球心，向空间辐射状分布的. 【典例11】下列关于图中的相关判断和描述正确的是（　　）    A．甲图中匀强电场中任意两点的电势相等 B．乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的 C．丙图中条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止 D．丁图中环形导线通电后，其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实 【典例12】关于磁感线与电场线的描述，正确的是(  ) A．电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极 B．电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的 C．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹 D．电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到 【典例13】法拉第为描述场的性质而提出场线的假设。如图是场线中的一部分，点A、P、Q处于中央同一直线上，P、Q关于中垂线对称，以下判断正确的是（　　） A．可能是两个同种电荷产生的电场线 B．可能是条形磁铁产生磁场的磁感线 C．无论是电场还是磁场，A、P处场的方向相反 D．无论是电场还是磁场，P、Q处场强的大小相等、方向相反 【典例14】如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个带等量异种电荷的小球M、N（可看成点电荷），O点为轻杆的中点。情境一：小球及轻杆处于静止状态；情境二：轻杆绕O点在竖直平面内逆时针匀速转动。下列说法正确的是（　　） A．情境一中，O点的电场强度为零 B．情境一中，O点与无穷远处电势相等 C．情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向外 D．情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向里 一、单选题 1．“干簧管”的结构如图所示，玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片会被磁化而接通。关于干簧管，下列说法正确的是（  ） A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B．干簧管接入电路中相当于开关的作用 C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 D．簧片接通的原因是磁性材料被磁化后相互排斥 2．如图所示，带负电的玻璃圆盘绕沿着东西方向的轴以一定的角速度匀速转动（从东向西看为逆时针方向），在圆盘西侧轴线上的小磁针静止时（　　） A．N极沿轴线东偏北方向 B．N极沿轴线西偏北方向 C．N极沿轴线东偏南方向 D．N极沿轴线西偏南方向 3．如图所示，当带负电的圆环顺时针方向转动时，环中点处的磁场方向是（    ） A．沿着纸面向上 B．沿着纸面向下 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外 4．如图所示，两根非常靠近且互相垂直并互相绝缘的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向外的（　　） A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ C．区域Ⅲ D．区域Ⅳ 5．如图所示，小磁针置于水平直导线的正下方，其N极指向与直导线平行，当给直导线通向右的电流时，小磁针的N极将（　　） A．向纸内偏转 B．向纸外偏转 C．在纸面内顺时针转过90° D．不偏转 6．如图所示，三根相同的电阻丝连接成一个闭合的等边三角形线框，O点为三角形线框的中心。线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知直导线在O点产生的磁场磁感应强度大小与导线中电流强度的大小成正比。若MN边在O点产生的磁场磁感应强度大小为B，则整个三角形线框在O点产生的磁场磁感应强度大小为（　　） A．0 B．B C． D． 7．如图所示，在匀强磁场中平行于磁场方向放置一根通电长直导线，M、N两点到导线的距离相等，M、N两点的磁感应强度（　　） A．大小相等，方向相同 B．大小相等，方向不同 C．大小不等，方向相同 D．大小不等，方向不同 8．如图所示，圆环上带有大量的负电荷；当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是（　　） A．a、b、c的S极都向纸里转 B．b的S极向纸外转，而a、c的S极向纸里转 C．b、c的S极都向纸里转，而a的S极向纸外转 D．b的S极向纸里转，而a、c的S极向纸外转 9．如图所示，两条通有同向电流的平行无限长导线、，其中M、N点连线与两导线垂直，M点到两导线的距离相等，M、N两点关于对称，忽略其它磁场的影响，检测发现M点的磁场方向垂直纸面向外，则下列说法正确的是（　　） A．N点的磁场方向垂直纸面向外 B．导线中的电流大于导线中的电流 C．M点的磁场与N点的磁场相同 D．M点的磁场比N点的磁场弱 10．如图所示，四根相同的长直导线都通以同向、等大的电流，对称放置在长方体的四条短边a、b、c、d上，O点为长方体的几何中心，下列说法正确的是（　　） A．O点的磁感应强度不为零 B．其中两根导线电流反向时，O点的磁感应强度一定不变 C．其中一根导线电流增大时，O点的磁感应强度可能不变 D．其中两根导线电流增大时，O点的磁感应强度可能不变 二、多选题 11．如图所示，某同学在实验室模拟奥斯特的电流磁效应实验时，发现小磁针在水平方向上不发生偏转，可能的原因是（    ） A．通电直导线中电流方向自西向东，小磁针放在通电直导线附近等高的水平位置 B．通电直导线中电流方向自东向西，小磁针放在通电直导线附近正上方 C．通电直导线中电流方向自南向北，小磁针放在通电直导线附近正下方 D．通电直导线中电流方向自北向南，小磁针放在通电直导线附近正上方 12．如图甲所示，市面上有一种有趣的磁悬浮玩具，接通电源后，磁性玩偶会稳定地漂浮起来。其内部构造如图乙所示，其中滑动变阻器的阻值可改变，则下列说法正确的是（　　） A．端应接电源正极 B．软铁内的磁感线方向朝向上方 C．端应接电源正极 D．滑动变阻器的滑片向上滑动，玩偶的高度会下降 学科网（北京）股份有限公司 $$ 13.1 磁场和磁感线 ——划重点之高二暑假预习强化精细讲义 知识点1：电和磁的联系 1.磁现象 (1)磁性和磁体 物体吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性，具有磁性的物体叫磁体. (2)磁极 磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫作磁极. ①两极：任何磁体都有两个磁极，一个叫南极(又叫S极),另一个叫北极(又叫N极).能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极. ②磁极间的相互作用规律 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.磁极之间不相互接触也能产生力的作用.如图所示. 任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极. 2.奥斯特实验 (1)实验现象：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动，如图所示. 奥斯特实验证明了电流周围可以产生磁场，该实验本来是没有限制条件的，但实际实验时必须考虑地磁场的影响.将通电导线沿南北方向水平放置，使电流产生的磁场方向与地磁场方向尽量垂直，才能让效果更明显. (2)电流的磁效应 通电导体的周围有磁场，即电流的周围有磁场，电流的磁场使放在导体周围的磁针发生偏转，磁场的方向跟电流的方向有关.这种现象叫作电流的磁效应 (3)实验意义：电流的磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系. 知识点2：磁场 自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究. (1)磁铁对通电导体的作用 把一段直导线放在磁铁的磁场里，给导线通上电流，导线会发生运动，这说明磁场不仅对磁体产生力的作用，对电流也会产生力的作用. (2)电流和电流之间的作用 两条平行直导线，通以相同方向或相反方向的电流时，可以看到如图甲、乙所示的实验现象. 即两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥. 同向电流相互吸引、异向电流相互排斥. 1.磁场的定义 存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质，能够传递它们之间的相互作用、 2.磁场的来源 (1)永磁体的周围存在磁场； (2)通电导体周围存在磁场(电流的磁效应); (3)运动电荷的周围存在磁场、 3.磁场的基本性质 对处于其中的磁体、通电导体或运动电荷有力的作用. 4.磁场的物质性 虽然磁场看不见摸不着，但磁场与电场一样是客观存在的，是物质存在的一种特殊形式. 【典例1】某兴趣小组将带绝缘胶皮的导线绕在一颗铁钉上制成一个简易的电磁铁，铁钉的正上方放置的小磁针稳定后如图所示，下列说法正确的是（　　） A．铁钉右端为电磁铁的S极 B．导线中电流从A端流入、B端流出 C．小磁针所在位置的磁场方向水平向左 D．增大导线中的电流，小磁针的N极将指向A端 【答案】A 【详解】AB．根据安培定则判断，铁钉右端为S极，电流从B端流入，A端流出，故A正确，B错误； CD．放置在磁场中的小磁针静止时N极所指方向为该点磁场方向，小磁针处的磁场方向水平向右，增大导线中电流，磁感应强度增大，磁场方向不变，小磁针的指向不变，故CD错误。 故选A。 【典例2】如图所示，为电磁铁，C为胶木秤盘，和C（包括支架）的总重量，为铁片，质量为，整个装置用轻绳悬于点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】在铁片被吸引上升的过程中，其受到重力和电磁铁对铁片的吸引力，加速度方向竖直向上，故电磁铁对铁片的吸引力大于铁片自身重力，即 对整体分析，系统受到轻绳拉力、自身重力和铁片对系统的吸引力，即 故选B。 【典例3】（多选）如图，将磁铁在回形针正上方缓慢靠近。回形针被吸离桌面后向上运动过程（　　） A．加速度增大 B．加速度不变 C．机械能增大 D．机械能不变 【答案】AC 【详解】AB．对回形针受力分析，有 回形针被吸离桌面后向上运动过程中，所受磁场力增大，所以其加速度增大。故A正确；B错误； CD．磁场力对回形针做正功，回形针的机械能增大。故C正确；D错误。 故选AC。 知识点3：磁感线 1.磁场的方向 物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向. 磁场方向的三种表述方式 (1)小磁针静止时N极所指的方向，即N极受力的方向. (2)小磁针静止时S极所指的反方向，即S极受力的反方向. (3)磁感线的切线方向. 2.磁感线的实验模拟 在磁铁附近的不同位置放上小磁针.静止时小磁针的N极指向各不相同.由此能显示出磁感线的形状. 实验中常用铁屑来模拟磁感线的形状.在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”,轻敲玻璃板，细铁屑就会有规则地排列起来，就模拟出磁感线的形状.在磁体的两极，磁感线较密，表示磁场较强.利用磁感线可以形象地描述磁场. 实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，使抽象的磁场变得形象具体，但磁感线是假想出来的，不是由铁屑排列而成的. 3.磁感线 沿磁场中的细铁屑画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线. 4.磁感线的特点 (1)磁感线上任意一点的切线方向表示该位置的磁场方向，A即小磁针在该位置时N极的受力方向，或小磁针在该位置静止时N极的指向.如图所示，A、B、C三点的磁场方向均沿其所在位置磁感线的切线方向. (2)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱.磁感线密集处磁场强、稀疏处磁场弱. (3)磁感线为闭合曲线，无起点和终点.在磁体的外部磁感线由N极发出，回到s极.在磁体的内部磁感线则由S极指向N极. (4)在稳定的磁场中，某一点只有唯一确定的磁场方向，所以微感线不能相交理馆3 (5)磁感线也不相切.若磁感线相功，则切点处的磁感应强度将趋近于无穷大，这是不可能的 没有磁感线的地方，并不表示没有磁场的存在，过磁场的任意一点有且仅有一条磁感线. 知识点4：安培定则及几种常见的磁场 1.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 在磁体的外部磁感线都是从北极(N极)出发回到南极(S极),在磁体的内部则是由南极指向北极，形成一条闭合的曲线，曲线上某点的切线方向表示该点的磁场方向. 2.直线电流的磁场 (1)把小磁针放到通电直导线附近，根据小磁针的指向，可以研究导线周围磁场的分布.改变电流的方向，各点的磁场方向都随之发生改变，即磁感线的方向随之改变. (2)安培定则：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.(这个规律也叫右手螺旋定则) ①直线电流在同一平面内的磁场分布 结论：由图可知，直线电流的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆在与导线垂直的平面内，且离电流越近，磁感线越密，磁感应强度越大. ②如图所示，分别为直线电流的磁场在空间内分布的立体图、横截面图和纵截面图. 结论：直线电流的磁场空间内距离直导线距离相等的点的磁感应强度大小相等. 3.环形电流的磁场 (1)环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线.在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。 (2)安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向. (3)如图为不同角度下观察到的环形电流的磁场. 4.通电螺线管的磁场 (1)通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，螺线管一端相当于南极，另一端相当于北极。 (2)通电螺线管内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线. (3)通电螺线管内部的磁场比两极处的磁场更强. (4)安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向.也就是说，拇指指向通电螺线管的北极. (5)如图为通电螺线管的磁场分布的立体图和截面图. 举例：如图所示，a、b是直线电流的磁场，c是环形电流的磁场，d、e是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向. 知识点5：安培分子电流假说 磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场和条形磁铁的磁场分布十分相似，法国学者安培由此受到启发，提出了著名的安培分子电流假说 1.假说内容 在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，这就是安培分子电流假说。 2.解释磁现象 (1)铁棒的磁化 铁棒未被磁化时，内部分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，如图甲所示. 当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向会变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁性，形成磁极，如图乙所示. (2)消磁：磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了. 3.磁现象的电本质 (1)磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的. (2)运动的电荷(电流)产生磁场，磁场对运动的电荷(电流)有磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)与磁场发生的相互作用. 【典例4】如图所示，在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁，开关闭合瞬间，出现的现象是（　　） A．螺线管上方是S极，弹簧长度变短 B．螺线管上方是S极，弹簧长度变长 C．螺线管上方是N极，弹簧长度变长 D．螺线管上方是N极，弹簧长度变短 【答案】D 【详解】AB．根据电路的接法，可知电流从螺线管下边流入，从上端流出，根据右手螺旋定则可知螺线管的上端为N极，AB错误； CD．根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，可知磁铁受到斥力，弹簧长度会变短，C错误，D正确。 故选D。 【典例5】如图所示，小磁针的N极指向正确的是（　　） A．a B．b C．c D．d 【答案】D 【详解】根据右手螺旋定则可知通电螺线管左侧为N极，右侧为S极，磁感线在外部由N极S极，内部由S极指向N极。而静止时小磁针N极指向为磁感线方向，可知小磁针的N极指向正确的只有d。 故选D。 【典例6】图中已标出电流I及电流所产生的磁场方向，其中正确的是（　　） A．直线电流 B．直线电流 C．通电螺线管 D．环形电流 【答案】D 【详解】A．由安培定则可知，电流向外的直导线周围的磁场分布为逆时针的同心圆，故A错误； B．由安培定则可知，向上的电流左侧的磁场应向外，右侧的磁场应向里，故B错误； C．由安培定则可知，内部磁感线应向右，故C错误； D．由安培定则可知，环形电流的中心处磁场向上，故D正确。 故选D。 【典例7】安培对物质具有磁性的解释可以用如图所示的情景来表示，那么（　　） A．甲图代表了被磁化的铁棒的内部情况 B．乙图代表了被磁化的铁棒的内部情况 C．磁体在常温环境与高温环境下磁性强弱相同 D．磁体在高温环境下磁性会加强 【答案】B 【详解】A．根据“分子电流”的假说，未被磁化的物体，分子电流的方向非常紊乱，对外不显磁性，故A错误； B．根据“分子电流”的假说，被磁化的物体，分子电流的方向大致相同，于是对外界显示出磁性，故B正确； CD．根据磁化与退磁的特性可知，磁体在高温环境下磁性会减弱，故CD错误。 故选B。 【典例8】磁场中某区域的磁感线如图所示，则（　　） A．a点没有磁感线，磁感应强度为零 B．a点磁感应强度比b点强 C．b点的磁场方向和该点的切线方向垂直 D．把一个小磁针放在b点，静止时小磁针N极的指向水平向右 【答案】D 【详解】磁感线只是形象地描述磁场的强弱和方向，a点没有磁感线也存在磁场。b点磁感线比较密，磁感应强度要比a点强；磁场方向用磁感应的切线表示，与静止在该位置的小磁针N极的指向一致，所以把一个小磁针放在b点，静止时小磁针N极的指向水平向右。 故选D。 【典例9】如图所示，在一个平面内有六根彼此绝缘的通电直导线，各通电导线的电流强度大小相同，方向如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域的面积相同，则垂直指向纸外且磁感线强度最大的区域是（　　） A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ 【答案】C 【详解】如图把导线编号，先确定每根导线产生的磁场再叠加。 Ⅰ区域中①⑥直线电流磁场方向垂直纸面向里，②⑤直线电流磁场方向垂直纸面向里，③④直线电流磁场方向垂直纸面向外。叠加后磁场方向垂直纸面向里。Ⅱ区域中①④直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零，②⑤直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零，③⑥直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零。所以该区域磁场为零。Ⅲ区域中①⑥直线电流磁场方向垂直纸面向里，②⑤直线电流磁场方向垂直纸面向外，③④直线电流磁场方向垂直纸面向外。叠加后磁场方向垂直纸面向外。Ⅳ区域中①④直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零，②⑤直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零，③⑥直线电流磁场方向相反，大小相等。叠加后为零。所以该区域磁场为零。综上所述，垂直指向纸外且磁感线强度最大的区域是Ⅲ。 故选C。 【典例10】下列关于磁场的相关判断和描述正确的是（　　）    A．甲图中通电导线受力是通过电场发生的 B．乙图表明条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止 C．丙图中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面内旋转不符合物理事实 D．丁图中环形导线通电后，轴心位置小磁针的N极向纸面内旋转不符合物理事实 【答案】D 【详解】A．电流与电流之间的作用力是通过磁场发生的，即甲图中通电导线受力是通过磁场发生的，故A错误； B．磁感线是一系列闭合的曲线，条形磁铁外部的磁感线从N极出发，回到S极，内部的磁感线从S极指向N极，故B错误； C．丙图中导线通电后，根据安培定则可知，导线下侧磁场方向垂直于纸面向里，该磁场对放入其中的小磁针有磁场力的作用，磁场对N极的磁场力方向与磁场方向相同，可知，丙图中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面内旋转符合物理事实，故C错误； D．丁图中环形导线通电后，根据安培定则可知，环形导线内部磁场方向垂直于纸面向外，该磁场对放入其中的小磁针有磁场力的作用，由于磁场对N极的磁场力方向与磁场方向相同，可知，轴心位置小磁针的N极受到向外的磁场力作用，N极应向外旋转，即丁图中环形导线通电后，轴心位置小磁针的N极向纸面内旋转不符合物理事实，故D正确。 故选D。 重难点1：磁感线和电场线的比较 1.性质：磁感线是闭合曲线，而电场线是非闭合曲线.但它们都不会相交，它们可以是直线，也可以是曲线. 2.场的强弱：电场线、磁感线的疏密程度表示电场、磁场的强弱，若只有一条电场线或磁感线，无法判断电场或磁场的强弱。 3.方向：电场线、磁感线都是有方向的. (1)把小磁针放在磁铁的磁场中，小磁针受磁场力的作用，静止时它的两极指向确定的方向.规定在磁场中的任意一点，小磁针北极的受力方向，为该点的磁场方向，磁感线上任何一点切线的方向跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致。 (2)电场线上任何一点切线的方向即为该点的电场强度的方向，与放在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与负电荷所受电场力的方向相反. 4.(1)磁体外部的磁感线是从N极出发，回到磁体的S极，而磁体内部的磁感线又由磁体的S极指向N极.(2)电场线则始于正电荷，终止于负电荷；或始于正电荷，终止于无穷远；或始于无穷远，终止于负电荷. 5.电场线、磁感线在空间是立体分布的.如：直线电流的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆.点电荷周围的电场线是以点电荷为球心，向空间辐射状分布的. 【典例11】下列关于图中的相关判断和描述正确的是（　　）    A．甲图中匀强电场中任意两点的电势相等 B．乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的 C．丙图中条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止 D．丁图中环形导线通电后，其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实 【答案】D 【详解】A．根据沿着电场线方向，电势逐渐降低，可知甲图中匀强电场中任意两点的电势不一定相等，故A错误； B．乙图中表示的电场应是由等量同种点电荷所产生的，故B错误； C．丙图中条形磁铁的外部磁感线从N极出发，到S极终止，内部则从S极出发，到N极终止，从而形成闭合曲线，故C错误； D．根据安培定则结合小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向，可知丁图中环形导线通电后，其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实，故D正确。 故选D。 【典例12】关于磁感线与电场线的描述，正确的是(  ) A．电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极 B．电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的 C．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹 D．电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到 【答案】B 【详解】A．电场线起止于电荷，磁感线是闭合曲线，选项A错误； B．电场线一定是不闭合的，磁感线一定是闭合的，选项B正确； C．磁感线是为了描述磁场假想的曲线，不是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹，选项C错误； D．电场和磁场是实际存在的，而电场线和磁感线实际上都是不存在的，选项D错误； 故选B. 【典例13】法拉第为描述场的性质而提出场线的假设。如图是场线中的一部分，点A、P、Q处于中央同一直线上，P、Q关于中垂线对称，以下判断正确的是（　　） A．可能是两个同种电荷产生的电场线 B．可能是条形磁铁产生磁场的磁感线 C．无论是电场还是磁场，A、P处场的方向相反 D．无论是电场还是磁场，P、Q处场强的大小相等、方向相反 【答案】B 【详解】AB．由题意和图可看出，可能是两个等量异种点电荷产生的电场线，左正右负；也可能是条形磁铁或通电螺线管产生的磁感线，左N右S，若是电场线，可能是两个异种电荷产生的电场线，若是磁感线，可能是条形磁铁产生磁场的磁感线，A错误，B正确； C．若是电场线，A、P处场的方向相反；若是磁感线，，A、P处场的方向相同，C错误； D．由于P、Q关于中垂线对称，因此无论是电场还是磁场，P、Q处场强的大小相等、方向相同，D错误。 故选B。 【典例14】如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个带等量异种电荷的小球M、N（可看成点电荷），O点为轻杆的中点。情境一：小球及轻杆处于静止状态；情境二：轻杆绕O点在竖直平面内逆时针匀速转动。下列说法正确的是（　　） A．情境一中，O点的电场强度为零 B．情境一中，O点与无穷远处电势相等 C．情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向外 D．情境二中，O点的磁感应强度方向垂直纸面向里 【答案】B 【详解】A．M在点的电场强度水平向右，N在点的电场强度水平向右，根据电场的叠加可知O点的电场强度不为零，故A错误； B．等量异种电荷中垂线为等势面，其电势等于0，与无穷远处电势相等，故B正确； CD．当杆绕O点在竖直平面内逆时针方向匀速转动，N形成的等效电流方向为顺时针，N形成的等效电流方向为逆时针，根据安培定则可知，M在O点的磁场方向垂直纸面向外，N在O点产生的磁场方向垂直纸面向里，M、N距离O点的距离相等，所以O点的合磁场的磁感应强度为零，故CD错误。 故选B。 一、单选题 1．“干簧管”的结构如图所示，玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片会被磁化而接通。关于干簧管，下列说法正确的是（  ） A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B．干簧管接入电路中相当于开关的作用 C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 D．簧片接通的原因是磁性材料被磁化后相互排斥 【答案】B 【详解】AB．当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此于簧管在电路中相当于开关的作用，故A错误，B正确； CD．簧片接通的原因是磁性材料被磁化后相互吸引，干簧管是根据此原理制成的，故CD错误。 故选B。 2．如图所示，带负电的玻璃圆盘绕沿着东西方向的轴以一定的角速度匀速转动（从东向西看为逆时针方向），在圆盘西侧轴线上的小磁针静止时（　　） A．N极沿轴线东偏北方向 B．N极沿轴线西偏北方向 C．N极沿轴线东偏南方向 D．N极沿轴线西偏南方向 【答案】B 【详解】所以带负电玻璃圆盘如图所示的旋转，则金属环的电流方向与旋转方向相反，再由右手螺旋定则可以知道磁感线的方向在盘内从东向西。因此小磁针N极向西偏，由于地磁场的存在，所以N极沿轴线西偏北方向。 故选B。 3．如图所示，当带负电的圆环顺时针方向转动时，环中点处的磁场方向是（    ） A．沿着纸面向上 B．沿着纸面向下 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外 【答案】D 【详解】带负电的圆环顺时针转动时，产生的等效电流方向沿逆时针方向，由右手螺旋定则可得：弯曲四指指向电流方向，大拇指方向为内部磁场方向，所以内部磁场应垂直于纸面向外。 故选D。 4．如图所示，两根非常靠近且互相垂直并互相绝缘的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向外的（　　） A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ C．区域Ⅲ D．区域Ⅳ 【答案】C 【详解】根据右手螺旋定则，可知两根在各个区域的磁场方向如图所示 可知电流所产生的磁场在导线所在平面内的区域Ⅲ内方向是一致且向外的。 故选C。 5．如图所示，小磁针置于水平直导线的正下方，其N极指向与直导线平行，当给直导线通向右的电流时，小磁针的N极将（　　） A．向纸内偏转 B．向纸外偏转 C．在纸面内顺时针转过90° D．不偏转 【答案】A 【详解】根据安培定则可知直导线下方的磁感应强度的方向垂直纸面向内，所以小磁针的N极将向纸内偏转。 故选A。 6．如图所示，三根相同的电阻丝连接成一个闭合的等边三角形线框，O点为三角形线框的中心。线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知直导线在O点产生的磁场磁感应强度大小与导线中电流强度的大小成正比。若MN边在O点产生的磁场磁感应强度大小为B，则整个三角形线框在O点产生的磁场磁感应强度大小为（　　） A．0 B．B C． D． 【答案】A 【详解】MN边和MLN两端的电压相等，三根电阻丝的电阻相同，由欧姆定律可知MN边的电流是MLN的2倍，可知ML和LN在O点产生的磁场磁感应强度大小是MN边在O点产生的磁场磁感应强度大小的方向与MN边在O点产生的磁场磁感应强度的方向相反，故整个三角形线框在O点产生的磁场磁感应强度大小为0，故选A。 7．如图所示，在匀强磁场中平行于磁场方向放置一根通电长直导线，M、N两点到导线的距离相等，M、N两点的磁感应强度（　　） A．大小相等，方向相同 B．大小相等，方向不同 C．大小不等，方向相同 D．大小不等，方向不同 【答案】B 【详解】根据安培定则可知，M处的磁场方向垂直于MN连线向左；N处的磁场方向垂直于MN连线向右；M、N两点到导线的距离相等，M、N两点的磁感应强度大小相等，故ACD错误，B正确。 故选B。 8．如图所示，圆环上带有大量的负电荷；当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是（　　） A．a、b、c的S极都向纸里转 B．b的S极向纸外转，而a、c的S极向纸里转 C．b、c的S极都向纸里转，而a的S极向纸外转 D．b的S极向纸里转，而a、c的S极向纸外转 【答案】D 【详解】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、c所在处磁场方向垂直于纸面向里，b处磁场方向垂直于纸面向外，则a、c处的小磁针的N极向纸里转动，S极向纸外转， b处小磁针的N极向纸外转动，S极向纸里转。 故选D。 9．如图所示，两条通有同向电流的平行无限长导线、，其中M、N点连线与两导线垂直，M点到两导线的距离相等，M、N两点关于对称，忽略其它磁场的影响，检测发现M点的磁场方向垂直纸面向外，则下列说法正确的是（　　） A．N点的磁场方向垂直纸面向外 B．导线中的电流大于导线中的电流 C．M点的磁场与N点的磁场相同 D．M点的磁场比N点的磁场弱 【答案】D 【详解】A．由安培定则可知，两导线中电流的磁场在N点的方向均垂直纸面向里，所以N点的磁场方向垂直纸面向里。故A错误； B．同理，可知导线中的电流磁场在M点方向垂直纸面向里，导线中的电流磁场在M点方向垂直纸面向外，依题意，M点的磁场方向垂直纸面向外，则导线中的电流小于导线中的电流。故B错误； C．由前面选项分析可知，M点的磁场与N点的磁场相反。故C错误； D．依题意，M、N两点关于对称则导线中电流磁场在M、N两点磁感应强度大小相等，方向相反，导线中的电流磁场在M、N两点均垂直纸面向里，可知，M点的磁场为两电流磁场相减，N点的磁场为两电流磁场相加。所以M点的磁场比N点的磁场弱。故D正确。 故选D。 10．如图所示，四根相同的长直导线都通以同向、等大的电流，对称放置在长方体的四条短边a、b、c、d上，O点为长方体的几何中心，下列说法正确的是（　　） A．O点的磁感应强度不为零 B．其中两根导线电流反向时，O点的磁感应强度一定不变 C．其中一根导线电流增大时，O点的磁感应强度可能不变 D．其中两根导线电流增大时，O点的磁感应强度可能不变 【答案】D 【详解】A．O点到四根导线的间距相等，当四根相同的长直导线都通以同向、等大的电流时，根据左手定则可知，a与c、b与d在O点的磁感应强度等大反向，即O点的磁感应强度为零，故A错误； B．若仅仅将b与d中的电流反向，根据右手定则可知，a与c、b与d在O点的磁感应强度仍等大反向，即O点的磁感应强度仍然为零，即其中两根导线电流反向时，O点的磁感应强度可能不变，故B错误； C．若仅仅将a导线中的电流增大，根据右手定则可知b与d在O点的磁感应强度等大反向，a与c的磁感应强度大小不等，方向相反，则O点的磁感应强度不为0，即O点的磁感应强度发生了改变，故C错误； D．若将ac中的电流增大，但仍然保持大小相等时，a与c在O点的磁感应强度仍然等大反向，即0点的磁感应强度仍然为零，故D正确。 故选D。 二、多选题 11．如图所示，某同学在实验室模拟奥斯特的电流磁效应实验时，发现小磁针在水平方向上不发生偏转，可能的原因是（    ） A．通电直导线中电流方向自西向东，小磁针放在通电直导线附近等高的水平位置 B．通电直导线中电流方向自东向西，小磁针放在通电直导线附近正上方 C．通电直导线中电流方向自南向北，小磁针放在通电直导线附近正下方 D．通电直导线中电流方向自北向南，小磁针放在通电直导线附近正上方 【答案】AB 【详解】A．通电直导线中电流方向自西向东，根据安培定则，放在通电直导线附近等高的水平位置的小磁针所在位置，通电直导线产生的磁场竖直向上或竖直向下，所以小磁针不发生偏转，故A正确； B．通电直导线中电流方向自东向西，根据安培定则，放在通电直导线附近正上方的小磁针所在位置，通电直导线产生的磁场水平向北，小磁针N极受力方向向北，所以小磁针不发生偏转，故B正确； C．通电直导线中电流方向自南向北，根据安培定则，放在通电直导线附近正下方的小磁针所在位置，通电直导线产生的磁场水平向西，小磁针N极受力方向向西，所以小磁针N极向西偏转，故C错误； D．通电直导线中电流方向自北向南，根据安培定则，放在通电直导线附近正上方的小磁针所在位置，，通电直导线产生的磁场水平向西，小磁针N极受力方向向西，所以小磁针N极向西偏转，故D错误。 故选AB。 12．如图甲所示，市面上有一种有趣的磁悬浮玩具，接通电源后，磁性玩偶会稳定地漂浮起来。其内部构造如图乙所示，其中滑动变阻器的阻值可改变，则下列说法正确的是（　　） A．端应接电源正极 B．软铁内的磁感线方向朝向上方 C．端应接电源正极 D．滑动变阻器的滑片向上滑动，玩偶的高度会下降 【答案】AB 【详解】AC．根据题意可知，通电线圈的上方为极，由安培定则可知，电流由线圈下端流入，上端流出，则端应接电源正极，故A正确，C错误； B．软铁内部磁场由，则软铁内的磁感线方向朝向上方，故B正确； D．若滑动变阻器的滑片向上滑动，可变电阻的电阻值调小，则线圈中的电流增大，玩偶的高度会上升，故D错误。 故选AB。 学科网（北京）股份有限公司 $$