13.1 磁场 磁感线 同步讲义-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

本讲义聚焦磁场与磁感线核心知识点，系统梳理磁现象与磁场的定义及性质、磁感线的概念与特点、地磁场分布、电流磁效应（奥斯特实验）、通电直导线/环形电流/螺线管的磁场分布、安培定则及安培分子电流假说，构建从现象到本质的学习支架。 该资料按题型分类整合内容，“解题知识”模块助力学生形成物理观念，典例与变式题通过具体问题培养科学思维（如模型建构、科学推理），融入地磁场等实例渗透科学态度，课中辅助教师教学，课后帮助学生强化练习、查漏补缺。

第十三章 第1节 磁场 磁感线 内 容 导 航 题型1 磁现象与磁场 题型2 磁感线的概念和性质 题型3 地磁场 题型4 磁场中小磁针的偏转问题 题型5 电流磁效应的发现 题型6 通电直导线周围的磁场 题型7 环形电流或通电螺线管周围的磁场 题型8 安培定则（右手螺旋定则） 题型9 安培分子电流假说 考 点 演 练 题型1 磁现象与磁场 解｜题｜知｜识 1.磁现象 （1）自然界中的磁体总是存在着两个磁极。 （2）磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （3）司南、指南针的原理是就是磁极间的相互作用。 （4）信鸽等动物需要依靠磁场确定方位。 2.磁场 （1）定义：传递磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间相互作用的一种物质。 （2）基本性质：磁场对磁极或通电导体有力的作用， （3）通电导线间的相互作用力特点：同向通电导线相互吸引，异向通电导线相互排斥。 （4）物质性：磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。 （5）方向性：有方向，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。 【典例1】下列关于磁场的说法，正确的是（　　） A．只有磁铁周围才存在磁场 B．磁场是假想的，不是客观存在的 C．磁场是在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生的 D．磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的 题型2 磁感线的概念和性质 解｜题｜知｜识 1．磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，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，这样的曲线叫磁感线． 2．磁感线的特点 （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，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱． （3）磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极． （4）同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切． （5）磁感线是假想的曲线，客观上不存在． 【典例1】关于磁感线，下列说法不正确的是（　　） A．磁感线是假想的，实际上并不存在 B．磁感线一定从N极发出，终止于S极 C．磁感线的疏密表示磁场的强弱 D．磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向 【变式1】下列说法中正确的是（　　） A．通电导线在空间中某处不受安培力作用，则该处的磁感应强度一定为零 B．磁感应强度定义式，也适用于电流与磁场不垂直的情况 C．小磁针N极所受磁场力的方向就是磁场的方向 D．沿磁感线的方向磁场逐渐减弱 【变式2】关于磁场，下列说法正确的是（　　） A．奥斯特通过实验发现了通电导线在磁场中受力 B．磁场是看不见、摸不着的，但是磁感线是真实存在的 C．磁感线总是从N极出发回到S极 D．磁感线与电场线不同，磁感线是闭合曲线 题型3 地磁场 解｜题｜知｜识 地磁场 ①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图所示． ②地磁场B的水平分量（Bx）总是从地球南极指向北极，而竖直分量（By）则南北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下． ③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相等，且方向水平向北． 【典例1】我国是世界上最早发现磁现象的国家，指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献。关于磁现象，下列说法正确的是（　　） A．奥斯特提出了分子电流假说，安培发现了电流磁效应 B．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 C．电场线一定是闭合的，磁感线一定是不闭合的 D．地球磁场的N极在地理的北极附近，地球周围的磁感线是空间真实存在的曲线 【变式1】为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　） A． B． C． D． 【变式2】中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“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如图。结合上述材料，下列说法不正确的是（　　） A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 题型4 磁场中小磁针的偏转问题 解｜题｜知｜识 磁场具有方向性，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。 所以把小磁针放在磁场中时，N极总是指向该处磁场的方向，也是该处磁感线的切线方向。 【典例1】丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流周围存在磁场。若在小磁针上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则小磁针转向图中所示位置。据此可能是（　　） A．导线南北放置，通有向北电流 B．导线南北放置，通有向南电流 C．导线东西放置，通有向西电流 D．导线东西放置，通有向东电流 【变式1】奥斯特发现电流磁效应的实验示意图如图所示。他将导线沿水平方向放置在小磁针的上方，通电后发现小磁针转动了。当小磁针重新静止时其N极的指向为（　　） A．向纸面外 B．向纸面里 C．水平向右 D．水平向左 题型5 电流磁效应的发现 解｜题｜知｜识 1.关于电与磁的联系的探索： 自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。不仅如此，磁极之间的相互作用，与电荷之间的相互作用具有相似的特征：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。但是，直到19世纪初，库仑、英国物理学家杨和法国物理学家安培等都认为电与磁是互不相关的两回事。 不过，在18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成。丹麦物理学家奥斯特相信，电和磁之间应该存在某种联系，并开始了不懈的探索。当时人们见到的力都沿着物体连线的方向。受这个观念的局限，奥斯特在寻找电和磁的联系时，总是把磁针放在通电导线的延长线上，结果 实验均以失败告终。 1820年4月，在一次讲课中，他偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针转动了。这个现象虽然没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望已久的，他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。 2.电流的磁效应：1820年丹麦物理学家奥斯特通过通电导线使小磁针偏转的实验发现了电流的磁效应。 3.物理意义：首次揭示了电与磁的联系。 4.奥斯特的实验装置如下： 【典例1】下列说法正确的是（　　） A．法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应 B．地球的地理两极与地磁两极重合，地理南极对应地磁南极 C．磁场是一种为研究物理问题而假想的物质 D．场强和磁感应强度都采用了比值定义法，它们方向与力F的方向相同或相反 题型6 通电直导线周围的磁场 解｜题｜知｜识 几种常见的磁场如下： 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要针对通电直导线周围的磁场分布 【典例1】《大国重器Ⅲ》节目介绍的GIL输电系统的三相共箱技术，如图甲所示。管道内部有三根等长绝缘超高压输电线缆平行且间距相等，截面图如图乙所示，三输电线缆的截面圆心构成正三角形，上方两根输电线缆A、B圆心连线水平。某时刻A中电流方向垂直于纸面向外、B中电流方向垂直于纸面向里，A、B中电流大小均为I，下方输电线缆C中电流方向垂直于纸面向外。电流大小为2I，不考虑地磁场的影响，则（　　） A．穿过正三角形平面的磁通量不为零 B．输电线缆A、B相互吸引 C．正三角形中心O点处的磁感应强度方向为斜向左上方 D．输电线缆B对A的安培力等于B对C的安培力 【变式1】如图甲所示，a、b位于两个等量异种电荷的连线上，O为连线的中点，且a、b到O的距离相等；如图乙所示，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点，c、d位于MN的连线上，O′为MN连线的中点，且c、d到O′的距离相等，两导线中通有等大反向的恒定电流，下列说法正确的是（　　） A．O点电势比a点的高 B．a、b点的电场强度相同 C．导线M、N相互吸引 D．c、d点的磁感应强度大小相等，方向相反 【变式2】如图为棱长为d的正方体，O为DE的中点，在FE、ND两边放置足够长的直导线，均通有大小相等的电流I，电流方向如图所示。已知一根足够长直导线通过的电流一定时，磁感应强度大小与距离成反比。则图中C、O两点处的磁感应强度大小之比为（　　） A．1：2 B．2：1 C． D．1：1 【变式3】如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，B、D中电流垂直纸面向里，C中电流垂直纸面向外．如果AB＝AC＝AD，则A点的磁感应强度的方向（　　） A．垂直纸面向外 B．垂直纸面向里 C．由A指向B D．由A指向D 题型7 环形电流或通电螺线管周围的磁场 解｜题｜知｜识 几种常见的磁场如下： 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要针对环形电流或通电螺线管周围的磁场分布 【典例1】如图所示，直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响，当开关S闭合后，则小磁针北极N（黑色一端）指示磁场方向正确的是（　　） A．a B．b C．c D．d 【变式1】如图所示，一通电圆线圈，圆心为O，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中（图中未画出）。在圆线圈的轴线上有A、C两点，它们到O点的距离相等。已知A点总的磁感应强度大小为零，则C点总的磁感应强度大小为（　　） A．3B B．2B C．B D．0 【变式2】如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（　　） A．N极竖直向上 B．N极竖直向下 C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右 【变式3】（多选）已知某地地面处的地磁场水平分量的为3×10﹣5T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上，如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向，则下列说法正确的是（　　） A．从左往右看，螺线管中的电流是顺时针方向 B．从左往右看，螺线管中的电流是逆时针方向 C．通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为5×10﹣5T D．通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为1.7×10﹣5T 题型8 安培定则（右手螺旋定则） 解｜题｜知｜识 1.安培定则的内容分三种不同情况． （1）直线电流：右手握住导线，伸直的拇指的方向代表电流的方向，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向． （2）环形电流：右手握住环形导线，弯曲的四指所指的方向就是电流的方向，拇指所指的方向就是环形中心轴线上的磁感线的方向． （3）通电螺线管：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向． 2.利用安培定则判断的几种常见电流的磁场 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要考查安培定则（右手螺旋定则）的内容。 【典例1】下列关于磁场的相关判断和描述正确的是（　　） A．甲图中导线所通电流与受力后导线弯曲的图示符合物理事实 B．乙图中表示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，其正下方小磁针的旋转方向符合物理事实 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 【变式1】如图所示，水平空心光滑绝缘管上套一线圈，虚线为线圈的中心轴线。线圈外侧放有一小磁针，通电稳定时，小磁针的N极指向右侧，P点为中心轴线上的一点。忽略地磁场的影响，下列说法正确的是（　　） A．通电瞬间，线圈沿着轴线方向有收缩趋势 B．电流自b端流入，从a端流出 C．P处磁场方向沿轴线向右 D．一电子自左侧沿中心轴线进入绝缘管后，将做匀减速直线运动 【变式2】（多选）下列各图中，电流方向与其产生的磁场方向关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式3】（多选）把轻质导线圈用绝缘细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心且与线圈在同一平面内，如图所示，当线圈通以图示电流时，线圈将（　　） A．发生转动同时远离磁铁 B．发生转动同时靠近磁铁 C．从上往下看逆时针转动 D．从上往下看顺时针转动 题型9 安培分子电流假说 解｜题｜知｜识 安培分子电流假说 1.内容：安培提出的在原子、分子等物质微粒的内部，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． 2.解释：安培的假说能够解释一些磁现象。一根铁棒未被磁化的时 候，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（图甲）。当铁棒受到外界磁场的作用时各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁性，形成磁极（图乙）。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：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的． 【典例1】如果地磁场是由地球内部的环形电流形成的，那么这一电流的方向是（　　） A．由东向西 B．由西向东 C．由南向北 D．由北向南 【变式1】地球磁场最大的作用是形成一道屏障，减弱了宇宙射线对人及其它生物的影响。19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是哪一个（　　） A． B． C． D． 【变式2】根据安培分子电流假说的思想，认为磁场是由于电荷运动产生的，这种思想对于地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷，那么关于地球应该带什么电的判断，以下说法正确的是（　　） A．带负电 B．带正电 C．不带电 D．无法确定 【变式3】（多选）如图所示，质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止，此时细线与竖直方向的夹角为θ，则下列说法正确的是（　　） A．回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小为mgtanθ B．回形针静止时受到的磁力方向不确定，故无法判断磁力大小 C．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了 D．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流消失了 过 关 验 收 1．如图所示，下列选项中，小磁针静止时N极指向正确的是（　　） A． B． C． D． 2．当接通电源后，小磁针A的指向如图所示，则（　　） A．小磁针B的N极向纸外转 B．小磁针B的N极向纸里转 C．小磁针B不转动 D．因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动 3．如图所示是奥斯特实验的演示图，对该实验下列说法正确的是（　　） A．该实验表明通电直导线可以产生电场 B．该实验表明通电直导线可以产生磁场 C．该实验表明小磁针可以产生电流 D．该实验表明通电直导线受到小磁针磁场的作用 4．如图所示，用轻绳连接一带正电的小球，小球获得一个初速度后，可在光滑绝缘水平桌面上绕圆心O沿顺时针方向做圆周运动。小球运动产生的磁场在圆心O处的方向为（　　） A．水平向左 B．水平向右 C．垂直桌面向里 D．垂直桌面向外 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十三章 第1节 磁场 磁感线 内 容 导 航 题型1 磁现象与磁场 题型2 磁感线的概念和性质 题型3 地磁场 题型4 磁场中小磁针的偏转问题 题型5 电流磁效应的发现 题型6 通电直导线周围的磁场 题型7 环形电流或通电螺线管周围的磁场 题型8 安培定则（右手螺旋定则） 题型9 安培分子电流假说 考 点 演 练 题型1 磁现象与磁场 解｜题｜知｜识 1.磁现象 （1）自然界中的磁体总是存在着两个磁极。 （2）磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （3）司南、指南针的原理是就是磁极间的相互作用。 （4）信鸽等动物需要依靠磁场确定方位。 2.磁场 （1）定义：传递磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间相互作用的一种物质。 （2）基本性质：磁场对磁极或通电导体有力的作用， （3）通电导线间的相互作用力特点：同向通电导线相互吸引，异向通电导线相互排斥。 （4）物质性：磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。 （5）方向性：有方向，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。 【典例1】下列关于磁场的说法，正确的是（　　） A．只有磁铁周围才存在磁场 B．磁场是假想的，不是客观存在的 C．磁场是在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生的 D．磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的 【答案】D 【解答】解：A．磁铁周围存在磁场，通电导体周围也存在磁场，故A错误； B．磁场是一种真实存在的特殊物质，而不是假想的，磁感线是假想的一簇簇曲线，故B错误； CD．磁场是磁铁周围，通电导线周围存在磁场，对放入磁场中的磁体、通电导线有力的作用，磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用，并不是发生作用时才产生的，故C错误，D正确。 故选：D。 题型2 磁感线的概念和性质 解｜题｜知｜识 1．磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，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，这样的曲线叫磁感线． 2．磁感线的特点 （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，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱． （3）磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极． （4）同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切． （5）磁感线是假想的曲线，客观上不存在． 【典例1】关于磁感线，下列说法不正确的是（　　） A．磁感线是假想的，实际上并不存在 B．磁感线一定从N极发出，终止于S极 C．磁感线的疏密表示磁场的强弱 D．磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向 【答案】B 【解答】解：A、磁感线是假想的，实际上并不存在，故A正确； B、磁感线在磁体的周围是从磁体的N极出发回到S极。在磁体的内部，磁感线是从磁体的S极出发，回到N极，故B错误； C、磁感线的疏密表示磁场的强弱，故C正确； D、磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向，故D正确。 本题选不正确的，故选：B。 【变式1】下列说法中正确的是（　　） A．通电导线在空间中某处不受安培力作用，则该处的磁感应强度一定为零 B．磁感应强度定义式，也适用于电流与磁场不垂直的情况 C．小磁针N极所受磁场力的方向就是磁场的方向 D．沿磁感线的方向磁场逐渐减弱 【答案】C 【解答】解：A．安培力为零，可能是磁感应强度为零，也可能通电导线与电场的方向平行，故A错误； B．磁感应强度定义式，不适用于电流与磁场不垂直的情况，故B错误； C．小磁针N极所受磁场力的方向就是小磁针所在位置磁场的方向，故C正确； D．磁感线的疏密反映磁场强度的大小，与磁感线的方向无关，故D错误。 故选：C。 【变式2】关于磁场，下列说法正确的是（　　） A．奥斯特通过实验发现了通电导线在磁场中受力 B．磁场是看不见、摸不着的，但是磁感线是真实存在的 C．磁感线总是从N极出发回到S极 D．磁感线与电场线不同，磁感线是闭合曲线 【答案】D 【解答】解：A、磁场力是横向作用力，奥斯特是通过发现通电导线下方的小磁针发生偏转发现了电流的磁效应。故A错误； B、磁场看不见、摸不着，磁感线并不真实存在的，是人们假想出来的曲线。故B错误； CD、磁感线是闭合曲线，在磁体外部总是从N极出发回到S极，在磁体内部总是从S极出发回到N极。故C错误，D正确。 故选：D。 题型3 地磁场 解｜题｜知｜识 地磁场 ①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图所示． ②地磁场B的水平分量（Bx）总是从地球南极指向北极，而竖直分量（By）则南北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下． ③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相等，且方向水平向北． 【典例1】我国是世界上最早发现磁现象的国家，指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献。关于磁现象，下列说法正确的是（　　） A．奥斯特提出了分子电流假说，安培发现了电流磁效应 B．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 C．电场线一定是闭合的，磁感线一定是不闭合的 D．地球磁场的N极在地理的北极附近，地球周围的磁感线是空间真实存在的曲线 【答案】B 【解答】解：A．安培提出了分子电流假说，奥斯特发现了电流的磁效应，故A错误； B．磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，故B正确； C．静电场的电场线是不闭合的，而磁感线是闭合的，故C错误； D．地磁的N极在地理的南极附近，地球周围的磁感线不是真实存在的曲线，故D错误。 故选：B。 【变式1】为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解答】解：地磁的南极在地理北极的附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方；而根据安培定则：拇指与四指垂直，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，故四指的方向应该向西。故B正确，ACD错误。 故选：B。 【变式2】中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“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如图。结合上述材料，下列说法不正确的是（　　） A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 【答案】C 【解答】解：A、根据题意可知，地理南、北极与地磁场存在一个夹角，为磁偏角，故两者不重合，故A正确， B、地磁南极在地理的北极附近，地磁北极在地理的南极附近，故B正确， C、由于地磁场的磁场方向沿磁感线切线的方向，故只有赤道处地磁场的磁场方向才与地面平行，故C不正确 D、在赤道处，磁场方向水平，而射线是带电的粒子，运动方向垂直磁场方向，根据左手定则可得射向赤道的粒子受到洛伦兹力的作用，故D正确 本题选不正确的，故选：C。 题型4 磁场中小磁针的偏转问题 解｜题｜知｜识 磁场具有方向性，处在磁场中能够自由转动的小磁针，静止时N极的指向，即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向。 所以把小磁针放在磁场中时，N极总是指向该处磁场的方向，也是该处磁感线的切线方向。 【典例1】丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流周围存在磁场。若在小磁针上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则小磁针转向图中所示位置。据此可能是（　　） A．导线南北放置，通有向北电流 B．导线南北放置，通有向南电流 C．导线东西放置，通有向西电流 D．导线东西放置，通有向东电流 【答案】B 【解答】解：A、若导线南北放置，通有向北的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向西偏转，与图中实线所示位置相反，故A错误； B、导线南北放置，通有向南的电流时，根据安培定则可知，小磁针N极将向东偏转，可转向图中实线所示位置，故B正确； C、导线东西放置，通有向西的电流，根据安培定则可知，结合地磁方向可知，小磁针N极将向南或北偏转，故C错误； D、导线东西放置，通有向东的电流，根据安培定则可知，小磁针N极不偏转，故D错误； 故选：B。 【变式1】奥斯特发现电流磁效应的实验示意图如图所示。他将导线沿水平方向放置在小磁针的上方，通电后发现小磁针转动了。当小磁针重新静止时其N极的指向为（　　） A．向纸面外 B．向纸面里 C．水平向右 D．水平向左 【答案】B 【解答】解：根据安培定则，导线下方的磁场方向为垂直纸面向里，小磁针N极指向磁场方向，即N极指向纸面里。故B正确，ACD错误； 故选：B。 题型5 电流磁效应的发现 解｜题｜知｜识 1.关于电与磁的联系的探索： 自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。不仅如此，磁极之间的相互作用，与电荷之间的相互作用具有相似的特征：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。但是，直到19世纪初，库仑、英国物理学家杨和法国物理学家安培等都认为电与磁是互不相关的两回事。 不过，在18世纪和19世纪之交，随着对摩擦生热及热机做功等现象认识的深化，自然界各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想，在哲学界和科学界逐渐形成。丹麦物理学家奥斯特相信，电和磁之间应该存在某种联系，并开始了不懈的探索。当时人们见到的力都沿着物体连线的方向。受这个观念的局限，奥斯特在寻找电和磁的联系时，总是把磁针放在通电导线的延长线上，结果 实验均以失败告终。 1820年4月，在一次讲课中，他偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针转动了。这个现象虽然没有引起听众的注意，但却是奥斯特盼望已久的，他连续进行了大量研究，同年7月发表论文，宣布发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。 2.电流的磁效应：1820年丹麦物理学家奥斯特通过通电导线使小磁针偏转的实验发现了电流的磁效应。 3.物理意义：首次揭示了电与磁的联系。 4.奥斯特的实验装置如下： 【典例1】下列说法正确的是（　　） A．法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应 B．地球的地理两极与地磁两极重合，地理南极对应地磁南极 C．磁场是一种为研究物理问题而假想的物质 D．场强和磁感应强度都采用了比值定义法，它们方向与力F的方向相同或相反 【答案】A 【解答】解：A、法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应，故A正确； B、地球的周围存在着磁场，但地磁的两极与地球的两极并不重合，而是有一个夹角，这就是磁偏角，地理南极在地磁北极附近，故B错误； C、磁场是真实存在的物质，而磁感线是为研究物理问题而假想的曲线，故C错误； D、场强和磁感应强度都采用了比值定义法，场强E的方向与电场力F的方向相同或相反，磁场的方向与安培力F的方向垂直，故D错误。 故选：A。 题型6 通电直导线周围的磁场 解｜题｜知｜识 几种常见的磁场如下： 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要针对通电直导线周围的磁场分布 【典例1】《大国重器Ⅲ》节目介绍的GIL输电系统的三相共箱技术，如图甲所示。管道内部有三根等长绝缘超高压输电线缆平行且间距相等，截面图如图乙所示，三输电线缆的截面圆心构成正三角形，上方两根输电线缆A、B圆心连线水平。某时刻A中电流方向垂直于纸面向外、B中电流方向垂直于纸面向里，A、B中电流大小均为I，下方输电线缆C中电流方向垂直于纸面向外。电流大小为2I，不考虑地磁场的影响，则（　　） A．穿过正三角形平面的磁通量不为零 B．输电线缆A、B相互吸引 C．正三角形中心O点处的磁感应强度方向为斜向左上方 D．输电线缆B对A的安培力等于B对C的安培力 【答案】C 【解答】解：A.根据右手螺旋定则可知，三根输电线缆产生的磁场方向与正三角形平面平行，故穿过正三角形平面的磁通量为零，故A错误； B..异向电流相互排斥，所以输电线缆A、B相互排斥，故B错误； C.输电线缆A在O点的磁感应强度方向垂直OA指向右上方，输电线缆B在O点的磁感应强度方向垂直OB指向左上方，输电线缆C在O点的磁感应强度方向垂直OC水平向左，如图所示 所以O点处合磁感应强度方向应斜向左上方，故C正确； D.输电线缆A、C与输电线缆B距离相等，输电线缆B在A、C处产生的磁感应强度大小相等，由F＝BIL可知，输电线缆B对A的安培力小于B对C的安培力，故D错误。 故选：C。 【变式1】如图甲所示，a、b位于两个等量异种电荷的连线上，O为连线的中点，且a、b到O的距离相等；如图乙所示，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点，c、d位于MN的连线上，O′为MN连线的中点，且c、d到O′的距离相等，两导线中通有等大反向的恒定电流，下列说法正确的是（　　） A．O点电势比a点的高 B．a、b点的电场强度相同 C．导线M、N相互吸引 D．c、d点的磁感应强度大小相等，方向相反 【答案】B 【解答】解：A、O点离正电荷比较近，故O点电势比a点电势高，故A错误； B、根据等量异种电荷电场分布的对称性可知，a、b处的电场强度大小相等，方向相同，均水平向右，故B正确； C、M、N两点处的长直导线通以异向电流，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，故C错误； D、根据右手螺旋定则，M、N两点处长直导线在c、d点处的磁感应强度方向均竖直向下，根据对称性以及场强叠加可知，c、d处的磁感应强度大小相等，方向相同，故D错误； 故选：B。 【变式2】如图为棱长为d的正方体，O为DE的中点，在FE、ND两边放置足够长的直导线，均通有大小相等的电流I，电流方向如图所示。已知一根足够长直导线通过的电流一定时，磁感应强度大小与距离成反比。则图中C、O两点处的磁感应强度大小之比为（　　） A．1：2 B．2：1 C． D．1：1 【答案】A 【解答】解：由题题设结论可得，放置在FE边的电流在C点的磁感应强度大小为： 根据右手螺旋定则可判断其方向沿CM 放置在ND边的电流在C点的感应强度大小为： 方向沿FC 根据平行四边形定则可得，C点处的合磁感应强度大小为： 放置在FE边的电流在O点的磁感应强度大小为： 方向平行于DN 放置在ND边的电流在O点的磁感应强度大小为： 方向平行于EF 根据平行四边形定则可得，O点处的磁感应强度大小为： 那么图中C、O两点处的磁感应强度大小之比为：，故BCD错误，A正确。 故选：A。 【变式3】如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，B、D中电流垂直纸面向里，C中电流垂直纸面向外．如果AB＝AC＝AD，则A点的磁感应强度的方向（　　） A．垂直纸面向外 B．垂直纸面向里 C．由A指向B D．由A指向D 【答案】C 【解答】解：根据右手螺旋定则判断三根通电直导线在A点上所产生的磁场方向，如图所示： C 直导线B在A点产生磁场与直导线D在A点产生磁场方向相反，磁感应强度大小相等，则合磁感应强度为零，而直导线C在A点产生磁场，方向从D指向B，即为沿纸面由A指向B，所以A点磁感应强度的方向由A指向B，故ABD错误，C正确。 故选：C。 题型7 环形电流或通电螺线管周围的磁场 解｜题｜知｜识 几种常见的磁场如下： 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要针对环形电流或通电螺线管周围的磁场分布 【典例1】如图所示，直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响，当开关S闭合后，则小磁针北极N（黑色一端）指示磁场方向正确的是（　　） A．a B．b C．c D．d 【答案】C 【解答】解：导线的电流方向为逆时针，根据小磁针的静止时，N极的指向即为磁场的方向； a处电流的方向向上，由右手螺旋定则可知，a处的磁场为逆时针方向（俯视），所以a的指向错误； 由右手螺旋定则可知，通电螺线管左端为S极，右端为N极，螺线管的内部磁场由左指向右，外部由右到左，则有b磁针方向错误，c磁针方向正确； 而对于U形螺线管左端相当于N极，右端相当于S极，所以螺线管上边的磁场方向向右，因此d磁针方向错误； 由以上的分析可知，C正确，ABD错误； 故选：C。 【变式1】如图所示，一通电圆线圈，圆心为O，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中（图中未画出）。在圆线圈的轴线上有A、C两点，它们到O点的距离相等。已知A点总的磁感应强度大小为零，则C点总的磁感应强度大小为（　　） A．3B B．2B C．B D．0 【答案】D 【解答】解：根据右手螺旋定则，环形电流在C点产生的磁场与在A点产生的磁场等大同向，由于A点磁感应强度为零，匀强磁场与环形电流在A点产生的磁场等大反向，即匀强磁场与环形电流在C点产生的磁场等大反向，所以C点的磁感应强度为0，故D正确，ABC错误。 故选：D。 【变式2】如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（　　） A．N极竖直向上 B．N极竖直向下 C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右 【答案】C 【解答】解：带负电金属环，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知磁极的方向：左端N极，右端S极。因此小磁针N极沿轴线向左。故C正确，ABD错误； 故选：C。 【变式3】（多选）已知某地地面处的地磁场水平分量的为3×10﹣5T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上，如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向，则下列说法正确的是（　　） A．从左往右看，螺线管中的电流是顺时针方向 B．从左往右看，螺线管中的电流是逆时针方向 C．通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为5×10﹣5T D．通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为1.7×10﹣5T 【答案】AC 【解答】解：AB、接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判断螺线管电流方向，从左往右看是顺时针方向，故A正确；B错误； CD、由题意知地磁场水平分量By＝3×10﹣5T，设通电螺线管产生的磁场为Bx。由图知Bx得：Bx＝By×tan60°＝3×10﹣5T≈5×10﹣5T，故C正确，D错误。 故选：AC。 题型8 安培定则（右手螺旋定则） 解｜题｜知｜识 1.安培定则的内容分三种不同情况． （1）直线电流：右手握住导线，伸直的拇指的方向代表电流的方向，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向． （2）环形电流：右手握住环形导线，弯曲的四指所指的方向就是电流的方向，拇指所指的方向就是环形中心轴线上的磁感线的方向． （3）通电螺线管：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向． 2.利用安培定则判断的几种常见电流的磁场 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安培定则 本考点主要考查安培定则（右手螺旋定则）的内容。 【典例1】下列关于磁场的相关判断和描述正确的是（　　） A．甲图中导线所通电流与受力后导线弯曲的图示符合物理事实 B．乙图中表示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，其正下方小磁针的旋转方向符合物理事实 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】C 【解答】解：A、根据安培定则，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，图甲所示两导线应相互排斥，故A错误； B、磁感线是闭合曲线，在磁体内部从S极指向N极，故B错误； C、根据安培定则可知，如图直导线下方有垂直纸面向里的磁场，N极向纸面内转动，故C正确； D、根据安培定则可知，如图环形导线内部有垂直纸面向外的磁场，N极向纸面外转动，故D错误。 故选：C。 【变式1】如图所示，水平空心光滑绝缘管上套一线圈，虚线为线圈的中心轴线。线圈外侧放有一小磁针，通电稳定时，小磁针的N极指向右侧，P点为中心轴线上的一点。忽略地磁场的影响，下列说法正确的是（　　） A．通电瞬间，线圈沿着轴线方向有收缩趋势 B．电流自b端流入，从a端流出 C．P处磁场方向沿轴线向右 D．一电子自左侧沿中心轴线进入绝缘管后，将做匀减速直线运动 【答案】A 【解答】解：A．通电瞬间，相邻的线圈间有同向电流，由平行同向电流互相吸引，异向电流互相排斥，则线圈沿着轴线方向有收缩趋势，故A正确； BC．小磁针的N极指向右侧表示通电螺线管上方的磁场方向向右，螺线管内部的磁场方向向左，即P处磁场方向沿轴线向左，通电螺线管左侧是N极，由安培定则可知电流自a端流入，从b端流出，故BC错误； D．通电螺线管内部的磁感应强度方向水平向左，电子自左侧沿中心轴线进入，因电子速度的方向与磁感应强度方向平行，不受洛伦兹力，电子将做匀速直线运动，故D错误。 故选：A。 【变式2】（多选）下列各图中，电流方向与其产生的磁场方向关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BCD 【解答】解：A.根据右手螺旋定则可知，右手紧握直导线，大拇指方向为电流方向（图中向下），四指环绕方向为磁场方向，图中电流左侧磁场应垂直纸面向里，右侧应垂直纸面向外，故A错误； B.右手紧握螺线管，大拇指方向为磁场方向，四指方向为电流方向，B图符合安培定则，故B正确； C.右手紧握环形电流，大拇指方向为磁场方向，四指方向为电流方向，C图符合安培定则，故C正确； D.右手紧握螺线管，大拇指方向为磁场方向，四指方向为电流方向，两个螺线管相当于两个磁极相同并列的条形磁铁，上端为N极下端为S极，在O点的合磁场方向向下，故D正确。 故选：BCD。 【变式3】（多选）把轻质导线圈用绝缘细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心且与线圈在同一平面内，如图所示，当线圈通以图示电流时，线圈将（　　） A．发生转动同时远离磁铁 B．发生转动同时靠近磁铁 C．从上往下看逆时针转动 D．从上往下看顺时针转动 【答案】BD 【解答】解：由右手螺旋定则可知，线圈向外的一面为等效为S极，因为异名磁极相互吸引，所以从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时被磁铁吸引靠近磁铁。故BD正确，AC错误。 故选：BD。 题型9 安培分子电流假说 解｜题｜知｜识 安培分子电流假说 1.内容：安培提出的在原子、分子等物质微粒的内部，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． 2.解释：安培的假说能够解释一些磁现象。一根铁棒未被磁化的时 候，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（图甲）。当铁棒受到外界磁场的作用时各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁性，形成磁极（图乙）。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：磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的． 【典例1】如果地磁场是由地球内部的环形电流形成的，那么这一电流的方向是（　　） A．由东向西 B．由西向东 C．由南向北 D．由北向南 【答案】A 【解答】解：地磁场的北极在地理的南极附近，地球绕地轴自西向东旋转，故地球内部所带电荷的运动形成了一个环形电流，根据安培定则可知，环形电流的方向应该由东向西，故A正确，BCD错误； 故选：A。 【变式1】地球磁场最大的作用是形成一道屏障，减弱了宇宙射线对人及其它生物的影响。19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是哪一个（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：地磁的南极在地理北极的附近，地磁的北极在地理的南极附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，则四指的方向向西，故D正确、ABC错误。 故选：D。 【变式2】根据安培分子电流假说的思想，认为磁场是由于电荷运动产生的，这种思想对于地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷，那么关于地球应该带什么电的判断，以下说法正确的是（　　） A．带负电 B．带正电 C．不带电 D．无法确定 【答案】A 【解答】由于地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近，地球绕地轴自西向东的旋转，故可以将地球看作一个绕地轴运动的环形电流，根据安培定则可知右手的拇指指向南方，而弯曲的四指的指向与地球自转的方向相反，而弯曲的四指的指向是正电荷运动的方向与负电荷运动的方向相反，故可以断定地球带负电，故A正确，BCD错误。 故选：A。 【变式3】（多选）如图所示，质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止，此时细线与竖直方向的夹角为θ，则下列说法正确的是（　　） A．回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小为mgtanθ B．回形针静止时受到的磁力方向不确定，故无法判断磁力大小 C．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了 D．现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流消失了 【答案】BC 【解答】解：AB、回形针静止时，受到重力、细线拉力和磁铁对它的磁力作用，由于磁铁对它的磁力方向不确定，所以无法计算磁力大小，故A错误，B正确； CD、现用点燃的火柴对回形针加热，过一会发现回形针不被磁铁吸引了，原因是回形针加热后，分子电流排列无序了，每个分子电流产生的磁场相互抵消，从而对外不显磁性，故C正确，D错误。 故选：BC。 过 关 验 收 1．如图所示，下列选项中，小磁针静止时N极指向正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：根据安培定则，小磁针静止时N极的指向是该点磁感应强度的方向， A.小磁针位置磁场方向竖直向上，小磁针N极应该向上，故A错误； B.小磁针所在位置磁场方向是水平向左，小磁针N极应该方向，故B错误； C.小磁针所在位置电流的磁场方向垂直于纸面向内，小磁针静止时N极的指向是垂直于纸面向内，故C错误； D.小磁针所在位置电流的磁场方向向右，小磁针静止时N极的指向是向右，故D正确； 故选：D。 2．当接通电源后，小磁针A的指向如图所示，则（　　） A．小磁针B的N极向纸外转 B．小磁针B的N极向纸里转 C．小磁针B不转动 D．因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动 【答案】A 【解答】解：如图，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以通电螺线管的左端是S极，右端是N极； 根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向是通电螺线管的N极。可以判断电流从螺线管的左端上电流，从右端出电流，所以，电源的左端是正极，右端是负极。 而小磁针B在电流产生磁场中，根据右手螺旋定则可知，N极的指向垂直纸面向外，故A正确，BCD错误； 故选：A。 3．如图所示是奥斯特实验的演示图，对该实验下列说法正确的是（　　） A．该实验表明通电直导线可以产生电场 B．该实验表明通电直导线可以产生磁场 C．该实验表明小磁针可以产生电流 D．该实验表明通电直导线受到小磁针磁场的作用 【答案】B 【解答】解：小磁针在磁场中受到磁场力的作用而偏转，该实验表明通电直导线可以产生磁场，故B正确，ACD错误； 故选：B。 4．如图所示，用轻绳连接一带正电的小球，小球获得一个初速度后，可在光滑绝缘水平桌面上绕圆心O沿顺时针方向做圆周运动。小球运动产生的磁场在圆心O处的方向为（　　） A．水平向左 B．水平向右 C．垂直桌面向里 D．垂直桌面向外 【答案】C 【解答】解：带正电的小球沿顺时针方向做匀速圆周运动，类似于一个沿顺时针方向的环形电流，根据安培定则可知，磁场的方向垂直于纸面向里，故C正确，ABD错误。 故选：C。 学科网（北京）股份有限公司 $