高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线优秀随堂练习题

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13.1 磁场　磁感线
【物理核心素养】
物理观念：通过掌握磁场的概念，培养学生用物质观研究问题的观念。
科学思维：通过分析磁感线的定义和特点，培养学生模型建构的能力。
科学探究：通过探究用安培定则判断电流的磁感线方向，理解论证和解释等探究的本质．
科学态度与责任：通过认识磁场的物质性，使学生养成用辩证唯物主义思考问题的意识和习惯。
【教学重难点】
教学重点：
1、理解磁场和磁感线的概念。
2、会用安培定则判定通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
教学难点：
会用安培定则判定通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。

知识点一、磁场
1．磁极之间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
2．奥斯特实验：把导线放置在小磁针的上方，通电时磁针发生了转动．
实验意义：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系．
3．磁场：磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的客观存在的物质．
【特别提醒】
1．磁场
(1)磁场的客观性：磁场与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质．存在于磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的周围．
(2)磁场的基本性质：对放入其中的磁极、电流、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间的相互作用都是通过磁场发生的．
【经典例题1】（多选）关于磁场，下列说法中正确的是（　　）
A．磁场是看不见、摸不着、实际不存在而由人们假想出来的一种理想模型
B．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同
C．奥斯特发现了电流的磁效应现象，首次揭示了电与磁之间是有联系的
D．磁感线总是从磁体的N极指向S极
【答案】 BC
【解析】A．磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质，它与实物粒子不同，磁场是看不见、摸不到，但又确实是客观存在的，通常用人们假想的磁感线来描述，故A错误；
B．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同，故B正确；
C．奥斯特发现了电流的磁效应现象，首次揭示了电与磁之间是有联系的，故C正确；
D．在磁体的外部，磁感线总是从N极指向S极，在磁体的内部则是从S极指向N极，故D错误。
故选BC。
【变式训练1】在隧道工程以及矿山爆破作业中，部分未爆炸的炸药若残留在爆破孔内，则很容易发生人员伤亡事故.为此科学家制造了一种磁性炸药，即在炸药中掺入了10%的磁性材料——钡铁氧体，然后放入磁化机磁化.磁性炸药一旦爆炸，即可安全消磁，而遇到不爆炸的情况可使用磁性探测器测出未爆炸的炸药，从而降低事故发生的概率.已知掺入的钡铁氧体的消磁温度约为400 ℃，炸药的爆炸温度为2240~3100 ℃，一般炸药引爆温度最高为140 ℃左右.以上材料表明（　　）
A．磁性材料在低温下容易被磁化，在高温下容易被消磁
B．磁性材料在高温下容易被磁化，在低温下容易被消磁
C．磁性材料在低温下容易被磁化，也容易被消磁
D．磁性材料在高温下容易被磁化，也容易被消磁
【答案】 A
【解析】由安培分子电流假说可知，低温情况下，分子运动不剧烈，在外磁场的作用下，分子环形电流的磁极趋向基本一致，因而易被磁化，而高温时，分子剧烈运动，导致分子环形电流的磁极趋向重新变得杂乱无章，进而达到消磁目的。
故选A。
知识点二、磁感线
1．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是该点磁场的方向．
2．磁感线
(1)定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，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．
(2)特点
①在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极．
②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向与过该点的磁感线的切线方向一致．
③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．
④磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在．
【经典例题2】关于电场线和磁感线，下列说法正确的是（　　）
A．运动的带电粒子在电场、磁场中的受力方向均和场线在一直线上
B．带电粒子顺着电场线的方向运动，其电势能一定减小
C．带电粒子垂直于磁感线的方向射入匀强磁场中，其速度大小不会改变
D．电场线和磁感线均不相交且均为不封闭曲线
【答案】 C
【解析】A．运动的带电粒子在电场中的受力方向和电场线的切线方向一致，运动的带电粒子在磁场中的受力方向和磁感线的方向垂直，Ａ错误；
B．带电粒子顺着电场线的方向运动，电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增加，Ｂ错误；
C．带电粒子垂直于磁感线的方向射入匀强磁场中，其速度大小不会改变，Ｃ正确；
D．电场线为不封闭的曲线，磁感线为封闭曲线，Ｄ错误。
故选Ｃ。
【变式训练2】地球也是个磁体，周围磁感线分布如图所示。地磁的南、北极与地理北、南极并不重合，存在磁偏角。结合上述材料，下列说法正确的是（  ）

A．地球内部也存在磁场，地磁北极在地理南极附近
B．地磁场的磁感线不闭合、不相交
C．地球表面各处的地磁场方向与地面平行
D．由于地磁场的影响，在奥斯特发现电流磁效应的实验中，通电导线相对水平地面东西放置时实验现象最明显
【答案】 A
【解析】A．地球内部也存在磁场，且地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近。故A正确；
B．地磁场的磁感线是闭合的曲线、但不相交，故B错误；
C．只有地球赤道附近上方的地磁场才与地面平行，故C错误；
D．由于地磁场的影响，在奥斯特发现电流磁效应的实验中，通电导线相对水平地面南北放置时实验现象最明显，故D错误。
故选A。
知识点三、安培定则
1．直线电流的磁场
安培定则：如图甲所示，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．
直线电流周围的磁感线分布情况如图乙所示．

2．环形电流的磁场
安培定则：如图甲所示，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．通电螺线管的磁场
安培定则：如图所示，用右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向．

【特别提醒】
1、用安培定则判断电流磁场的方向

安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
直线电流




以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流




环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管




内部磁场为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似条形磁体的磁场，方向由N极指向S极

2、利用安培定则判定电流的磁场方向需注意的问题：
(1)利用安培定则判断通电直导线的磁场方向时，大拇指指的是电流方向，四指指的方向为磁感线的环绕方向.
(2)利用安培定则判断通电螺线管和环形电流的磁场方向时，四指指的是电流方向，大拇指指的方向是磁场方向.
【经典例题3】（多选）电流的磁效应揭示了电与磁的关系。下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】 AB
【解析】A．根据安培定则可知，因电流方向竖直向上，导线右侧磁场方向垂直纸面向里，而左侧则是垂直纸面向外，故A正确；
B．根据安培定则可知，因电流方向从右旋转到左，则螺线管内部磁场方向由右向左，因此右端是S极，左端是N极，故B正确；
C．根据安培定则可知，因环形电流顶端处垂直低面向里，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；
D．因电流方向竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向应该是顺时针方向（俯视），故D错误。
故选AB。
【变式训练3】轻质导线圈用绝缘细线悬挂在条形磁铁极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈通以如图所示的电流后（    ）

A．线圈向左摆动靠近磁铁
B．线圈向右摆动远离磁铁
C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁
D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁
【答案】 A
【解析】根据右手螺旋定则，环形电流可以等效为小磁针，小磁针的极指向右，根据异性相吸可知，线圈向左运动。
故选A。

题组A 基础过关练
1．下列说法正确的是（　　）
A．沿电场线方向，电势一定是降低的
B．电场线和磁感线都是客观存在的闭合曲线
C．由可知，F越大，通电导线所在处的磁感应强度一定越大
D．磁场中某点磁场强度的方向与放入磁场中的通电直导线所受安培力的方向相同
【答案】 A
【解析】A．根据电势与电场线的关系可知，沿电场线方向电势逐渐降低，故A正确；
B．电场线和磁感线都不是真实存在的，是为了形象的描述电场和磁场画出的，电场线是不闭合曲线，磁感线是闭合曲线，故B错误；
C．磁感应强度只与磁场本身有关，与电流元和电流元的受力无关，故C错误；
D．磁场中通电直导线所受安培力的方向与磁场强度方向垂直，故D错误。
故选A。
2．如图所示，在螺线管内部和上方放置可以自由运动的小磁针a、b（黑色为N极，白色为S极）。当将开关闭合时，小磁针将怎样运动？（　　）

A．a向左边运动，b向右边运动 B．a逆时针转动，b逆时针转动
C．a逆时针转动，b顺时针转动 D．a顺时针转动，b逆时针转动
【答案】 D
【解析】根据右手螺旋定则，螺线管左端为N极，右端为S极，在螺线管外部，磁感线由N极指向S极，故小磁针b逆时针转动；在螺线管内，磁感线由S极指向N极，则小磁针a顺时针转动。
故选D。
3．将螺线管连接起来后，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是（　　）

A．蓄电池N端为正极 B．蓄电池M端为正极
C．螺线管P端为S极 D．螺线管内部磁场方向由P指向Q
【答案】 A
【解析】C．小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，故C错误；
D．在螺线管的内部，磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁场方向由Q指向P，故D错误；
AB．根据安培定则可知，在蓄电池外部电流从N流向M，蓄电池N端为正极，故A正确，B错误。
故选A。
4．在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线1、2、3、4，如图所示，四根导线中的电流大小关系为I1