13.1 磁场 磁感线 分层作业 2026-2027学年高二物理人教版必修第三册

**基本信息** 分层清晰，从基础概念到综合应用，适配新授课不同层次学生，强化物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|磁场、磁感线基本性质，电流磁效应|单选为主，结合奥斯特实验等基础情境，巩固物质观念| |B层|受力分析、磁场叠加|多选与情境题（如围棋棋子），培养科学推理与模型建构| |C层|复杂磁场叠加、电磁炮应用|计算题与实际问题，提升科学探究与综合应用能力|

13.1 磁场 磁感线 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．下列关于磁场和磁感线的描述，正确的是（　　） A．磁场是真实存在的物质，而磁感线并不存在 B．磁感线的分布可以相交，但不能相切 C．磁感线从磁体的N极出发，终止于S极 D．只有通电导线和永磁铁周围才存在磁场 2．英国物理学家法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念，并引入电场线和磁感线来描述电场和磁场，为经典电磁学理论的建立奠定了基础。下列相关说法正确的是（　　） A．电场线和磁感线都是真实存在的 B．电场线和电场线、磁感线和磁感线都不可能相交 C．电荷和电荷之间的作用力是通过磁场发生的 D．磁体和通电导体之间的作用力是通过电场发生的 3．（多选）如图（a）所示，静止在水平桌面上的磁悬浮地球仪由质量分别为m和M的地球模型和底座构成，悬浮原理如图（b）所示，当底座内线圈通电时，地球模型受到磁场作用而悬浮起来，取重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．底座对桌面的压力大小为 B．线圈电流在软铁内产生的磁场向上 C．图中线圈的a端须连接电源的正极 D．增大线圈电流，地球模型平衡后受到磁场作用力变大 4．（多选）小磁针的正上方有一根直导线，当在导线中通入水平向右的电流时，发现静止的小磁针会发生偏转，下列选项中正确的是（　　） A．该现象称之为电流的磁效应，由物理学家奥斯特首先发现 B．小磁针的偏转是受到电流的磁场的作用 C．小磁针的N极将向外偏转 D．小磁针的N极将往上偏转 5．给电容器充电结束后，板间是否存在电场？小磁针的指向与电容器不带电时的指向相同，这说明了什么？ 6．1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。此实验可简化为大量的负电荷加在一个橡胶圆盘边缘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按如图所示方向高速旋转时，就会发现小磁针发生偏转，忽略地磁场对小磁针的影响。求： (1)圆盘中心轴处的磁场方向。 (2)当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极偏转方向。（“左偏”还是“右偏”） (3)当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极偏转方向。（“左偏”还是“右偏”） B层 7．解说围棋比赛时，棋盘竖直放置，棋盘和棋子都是磁性材料制成，棋子能吸在棋盘上。不计棋子与棋子之间的相互作用力，下列说法正确的是（　　） A．棋盘对棋子的弹力是棋子发生弹性形变产生的 B．棋盘对棋子的作用力与棋子的重力等大反向 C．棋盘对棋子的吸引力与棋子对棋盘的压力是一对平衡力 D．棋盘对棋子的压力与棋子对棋盘的支持力合力为零 8．（多选）如图所示，在磁感应强度大小为的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l，在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。则（　　） A．导线P中电流在a点处磁感应强度的大小为 B．导线Q中电流在a点处磁感应强度的大小为 C．仅让P中的电流反向，则a点处磁感应强度的大小为 D．仅让Q中的电流反向，则a点处磁感应强度的大小为 9．如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与小磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是什么样子的粒子？ C层 10．如图所示，在磁感应强度大小为的匀强磁场中（图中未画出），相距为l的两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置。两导线均通有方向垂直于纸面向里、大小相等的电流时，纸面内与两导线距离均为l的a点处磁感应强度为零。b点与a点关于PQ连线对称。下列说法正确的是（    ） A．匀强磁场的方向平行于PQ向右 B．P的电流在a点处磁场的磁感应强度大小为 C．将P中的电流方向反向，PQ连线中点磁场方向垂直PQ向上 D．将Q中的电流方向反向时，b点的磁感应强度大小为 11．（多选）关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是（　　） A．磁感线是闭合曲线，而静电场线不是闭合曲线 B．磁感线、电场线的疏密均分别表示磁感应强度和电场强度的大小 C．磁感线、电场线切线方向都分别表示磁场和电场的方向 D．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷 12．“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。如图是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度。“电磁炮”弹体总质量，其中弹体在轨道间的电阻。可控电源的内阻，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是，不计空气阻力。求： （1）弹体所受安培力大小； （2）弹体从静止加速到4km/s，轨道至少要多长？ （3）弹体从静止加速到4km/s过程中，该系统消耗的总能量； （4）请说明电源的电压如何自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。      《 13.1》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 A B AC AB B AC D ABC 1．A 【详解】A. 磁场是客观存在的特殊物质，磁感线是为了形象描述磁场人为引入的假想曲线，实际不存在，故A正确； B. 磁场中任意一点的磁场方向是唯一的，若磁感线相交，交点处会有两个切线方向（对应两个磁场方向），不符合实际，因此磁感线不能相交，故B错误； C. 磁感线是闭合曲线，在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，并非终止于S极，故C错误； D. 运动的电荷周围也存在磁场，并非只有通电导线和永磁铁周围有磁场，故D错误。 故选A。 2．B 【详解】A．电场线和磁感线是人为引入的假想模型，用于描述电场和磁场的分布，并非客观存在的实体，A错误； B．电场线不可能相交，因为电场中任意一点的电场方向唯一；同理，磁感线也不可能相交，因为磁场中任意一点的磁场方向唯一，B正确； C．电荷和电荷之间的作用力是通过电场发生的，C错误； D．磁体和通电导体之间的作用力是通过磁场发生的，D错误。 故选B。 3．AC 【详解】A．由题知，地球模型和底座组成的整体处于静止状态，对整体受力分析，根据平衡条件有 根据牛顿第三定律可知底座对桌面的压力大小为，故A正确； BC．根据同名磁极相互排斥，线圈上端必须是S极，线圈电流在软铁内产生的磁场向下，根据安培定则，可知图中线圈的a端须连接电源的正极，故B错误，C正确； D．地球模型平衡后，受重力和磁场力作用，根据平衡条件，可得磁场力 故增大线圈电流，地球模型平衡后受到磁场作用力不变，故D错误。 故选AC。 4．AB 【详解】A．该现象称之为电流的磁效应，由物理学家奥斯特首先发现，A正确； B．通电导线周围存在磁场，小磁针的偏转是受到电流的磁场的作用，B正确； CD．由右手定则可知，直导线下方的磁场垂直纸面向里，可知小磁针的N极将向里偏转，CD错误。 故选AB。 5．存在电场。 说明充电结束后电路中无电流，周围无电流的磁场。 【详解】充电过程中，电源使电容器两极板分别带上等量异种电荷，极板间会形成由正极板指向负极板的电场。充电结束后，极板上的电荷量保持稳定，板间的电场也随之稳定存在，其电场强度大小可通过公式（为极板间电压，为极板间距）计算。 小磁针的指向由周围磁场决定，若电容器带电后小磁针指向不变，表明极板上的电荷是静止的——静止电荷仅产生电场，不会产生磁场。这一现象也验证了“静电场与磁场是两种独立的场，静止电荷只激发静电场”的电磁学基本规律。 6．(1)竖直向上 (2)左偏 (3)右偏 【详解】（1）圆盘带负电，根据安培定则可知，圆盘中心轴处的磁场方向竖直向上； （2）小磁针处于圆盘的左上方时，因上方为N极，则小磁针的N极向左偏； （3）小磁针处于圆盘的左下方时，因下方为S极，则小磁针的N极向右偏。 7．B 【详解】A．弹力是施力物体发生弹性形变产生的，棋盘对棋子的弹力，施力物体是棋盘，因此该弹力是棋盘发生弹性形变产生的，不是棋子形变产生的，故A错误； B．棋子静止在竖直棋盘上，受力平衡。棋子仅受两个来源的力：地球施加的重力，以及棋盘施加的所有力（磁力、弹力、静摩擦力都由棋盘施加），因此棋盘对棋子的总作用力，一定与棋子的重力等大反向，故B正确； C．平衡力的条件是“作用在同一物体上”，棋盘对棋子的吸引力作用在棋子上，棋子对棋盘的压力作用在棋盘上，二者不作用在同一物体，不是平衡力，故C错误； D．棋盘对棋子的压力与棋子对棋盘的支持力是一对相互作用力，分别作用在两个不同物体上，不能合成求合力，故D错误。 故选B。 8．AC 【详解】AB．在两导线中通有如图方向的电流I时，设每根导线距离为l的a点处磁场强度为B，两根导线在纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为B1，如图所示 依据几何关系，则有 又纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，可知匀强磁场的方向水平向左，大小 可知导线P、Q中电流在a点处磁感应强度的大小均为，故A正确，B错误； C．仅让P中的电流反向，如图所示 可知两根导线在纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为B，与匀强磁场再叠加，可得a点处磁感应强度的大小为，故C正确； D．仅让Q中的电流反向，如图所示 同理可知a点处磁感应强度的大小为，故D错误。 故选AC。 9．带正电的粒子向左运动，或者带负电的粒子向右运动。 【详解】要能使小磁针的N极转向读者，则虚线下方的磁场方向向外，则只需带正电的粒子向左运动，或者带负电的粒子向右运动。 10．D 【详解】AB．对 a 点的磁场分析如图甲所示 设P 和Q在a点产生的磁场的磁感应强度大小均为B，当P和Q中的电流都垂直于纸面向里时，根据安培定则可知，P在a点产生的磁场的磁感应强度方向为水平向右偏下30°, Q在a点产生的磁场的磁感应强度方向为水平向右偏上30°，由矢量的平行四边形法则可知两者在a点产生的合磁场的磁感应强度大小为 方向水平向右，所以匀强磁场的方向为水平向左；因a点的磁感应强度大小为零，故 解得 故AB错误； C．将P中的电流方向反向，P、Q在PQ连线中点产生的磁场大小相等，方向垂直PQ向上，匀强磁场水平向左，所以PQ连线中点磁场方向为斜左上方，故C错误； D．将Q中的电流方向反向时，P在b点产生的磁场的磁感应强度方向为水平向左偏下30°, Q在a点产生的磁场的磁感应强度方向为水平向右偏下30°，如下图所示。 根据平行四边形定则得b点的磁感应强度为 故D正确。 故选D。 11．ABC 【详解】A．磁感线是闭合曲线，而静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正确； 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．磁感线切线方向表示磁场的方向，电场线切线方向表示电场的方向，故C正确； D．磁感线在磁体的外部从N极出来，进入S极，内部从S极到N极形成闭合曲线；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，故D错误。 故选ABC。 12．（1）；（2）；（3）1.76×106J；（4）见解析 【详解】（1）在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为 （2）由动能定理 弹体从静止加速到4000m/s，轨道至少要 （3）由 发射过程产生的热量 弹体的动能 系统消耗的总能量 （4）由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，电源电压逐渐变大，从而使电磁炮匀加速发射。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $