人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线精品课堂检测

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[学习目标] 1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与电流间、电流与电流间的作用是通过磁场发生的.2.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点.3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向．
一、电和磁的联系 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．
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磁感线的疏密表示磁场的强弱．磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方，磁感线较疏．
②磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向．
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．
判断下列说法的正误．
(1)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质．( √ )
(2)磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致．( √ )
(3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．( × )
(4)通电直导线周围磁场的磁感线是以导线为圆心的圆．( √ )
(5)磁体的磁场和电流的磁场本质上是一样的．( √ )
(6)环形电流的磁场相当于小磁针，通电螺线管的磁场相当于条形磁体．( √ )
一、磁场 磁感线
导学探究
如图所示，通电导线放在蹄形磁体附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用，磁体对通电导线的作用力是如何产生的？
答案 磁体在周围产生了磁场，磁场对通电导线产生了作用力．
知识深化
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、通电导体、运动的电荷有力的作用，而且磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的．
2．磁感线
(1)定义：磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致．
(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．
(3)几种特殊磁体外部的磁感线分布(如图所示)：
3．地磁场及其磁感线
(1)地磁场
地球在地面附近空间产生的磁场，叫作地磁场，如图所示，地球实际上就是一个巨大的磁体，它也有两个磁极，分别是地磁南极和地磁北极．
(2)对地磁场的理解
虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大，因此，一般我们认为：
①地磁的北极在地理南极附近，地磁的南极在地理北极附近，地球的地理两极和地磁两极不重合，形成了磁偏角．
②地磁场在水平方向总是从地磁南极指向北极，而竖直方向则南北相反，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点，磁场的强弱相同，且方向均与地面平行．
例1 (多选)下列有关磁场的说法，正确的是( )
A．磁体周围的空间存在看不见、摸不着的磁场
B．磁极间的相互作用是通过磁场发生的
C．磁场是有方向的，在条形磁体的磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同
D．在磁场中的某点，小磁针S极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同
答案 ABC
解析 磁场虽然看不见、摸不着，但它是一种客观存在的特殊物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用；磁极间的相互作用就是通过磁场发生的；磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针N极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，小磁针S极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相反，在条形磁体的磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同，故A、B、C正确，D错误．
例2 关于磁感线的描述，下列说法中正确的是( )
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都跟小磁针在该点静止时N极所指的方向一致
B．磁感线总是从磁体的N极出发，到S极终止
C．磁感线分布图中没有画磁感线的地方，表明该处没有磁场
D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
答案 A
解析 磁感线的切线方向表示磁场方向，磁感线上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时，N极所指的方向一致，A正确；对于磁体的磁感线，在外部由N极指向S极，在内部由S极指向N极，B项错误；磁感线分布图中没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在，因为我们不能将整个区域都画满线条，通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线，我们常常选择画出需要的条数，C项错误；磁感线的形状可以用细铁屑来模拟，但磁感线是一种假想曲线，实际上是不存在的，D项错误．
二、安培定则
导学探究
1．演示实验：将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高，沿南北方向水平放置．将小磁针平行地放在直导线的上方或下方，请观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况．观察到什么现象？通过这种现象可以得出什么结论呢？
答案 观察到通电时小磁针发生偏转，断电时小磁针又回到原来的位置．通电后导线上方或下方的小磁针发生偏转，说明通电后导线周围的空间对小磁针产生力的作用，由此我们可以得出：通电导线和磁体一样，周围存在着磁场．
2．重做上面的实验，请观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化．观察到什么现象？这说明什么？
答案 观察到电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向发生改变，说明电流的磁场方向也发生变化．
知识深化
用安培定则判断电流磁场的方向
例3 如图所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是螺线管电流的磁场的截面图．试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．
答案 见解析
解析 根据安培定则，可以确定题图a中电流方向垂直纸面向里，题图b中电流方向从下向上，题图c中电流方向沿逆时针方向，题图d中磁感线方向从上向下，题图e中磁感线方向向左，题图f中磁感线方向向右．
例4 (多选)(2021·南宁市期末)如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端．当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端．下列判断正确的是( )
A．F为蓄电池正极
B．螺线管P端为S极
C．流过电阻R的电流方向向下
D．管内磁场方向由Q指向P
答案 AD
解析 闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺旋管内部的磁感应强度方向由Q指向P，由安培定则可知，电流从右端流出、左端流入，因此，电源的F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确．
针对训练 在如图所示的四幅图中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．
答案
解析 如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向，可用右手螺旋定则判断电流的方向．
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.
三、安培分子电流假说
1.法国学者安培提出：在物质内部，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．(如图所示)
2．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性．
例5 (2021·抚州市临川一中期中)安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说．他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的，如图所示)，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．下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是( )
答案 B
解析 绕核运动的电子带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，故选B.
考点一 磁场和磁感线
1．下列关于磁场的说法中，正确的是( )
A．只有磁体周围才存在磁场
B．磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的
C．磁场只有在磁极与磁极、磁极与通电导线发生作用时才产生
D．磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的
答案 D
解析 磁场存在于磁体周围和电流周围，故A错误；磁场是实际存在的，不是假想的，磁感线是假想的，故B错误；磁场存在于磁体和电流周围，即使没有发生作用，磁场仍然是存在的，故C错误；磁极与磁极、磁极与通电导线、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的，故D正确．
2．(2021·黄冈中学月考)做物理实验时都需要某些特定的条件，奥斯特做电流的磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响，关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是( )
A．该实验必须在地球赤道上进行
B．通电直导线应该竖直放置
C．通电直导线应该水平东西方向放置
D．通电直导线应该水平南北方向放置
答案 D
解析 小磁针静止时指向南北方向，说明地磁场的方向为南北方向，当通电直导线水平南北方向放置时，能在其下方产生东西方向的磁场，小磁针有明显的偏转，故选D.
3．(多选)(2021·黄冈中学期中)下列关于电场线和磁感线的说法中正确的是( )
A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是不闭合曲线，而磁感线是闭合曲线
D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强
答案 CD
解析 电场线与磁感线分别是为了形象地描述电场、磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，A错误；两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错误；电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确；电场线越密，表示该处电场越强，磁感线越密，表示该处磁场越强，所以D正确．
4．(多选)如图所示，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是( )
A．图甲中，电流不产生磁场，电流对小磁针的作用力是通过小磁针的磁场产生的
B．图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的
C．图丙中电流间的相互作用是通过电流的磁场产生的
D．图丙中电流间的相互作用是通过电荷的电场产生的
答案 BC
解析 题图甲中，电流对小磁针的作用力是通过电流的磁场产生的；题图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的；题图丙中，电流对另一个电流的作用力是通过该电流的磁场产生的．综上所述，选项B、C正确，A、D错误．
5．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如图所示．结合上述材料，下列说法不正确的是( )
A．地理南、北极与地磁场的北、南极不重合
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．在赤道上小磁针的N极在静止时指向地理北极附近
答案 C
解析 地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，并不重合，地球内部也存在磁场，故A、B正确；只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，故C错误；小磁针静止时N极指向与磁场方向相同，故D正确．
考点二 电流的磁场
6．下列各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是( )
答案 C
7．(多选)导线中分别通入图示方向的电流，小磁针静止时N极垂直纸面向里的是( )
答案 AB
解析 A图中，通电直导线中的电流从左向右，根据右手螺旋定则，电流在小磁针所处的位置产生的磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，故A正确；B图中，根据右手螺旋定则，磁场的方向为逆时针方向(从上向下看)，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，故B正确；C图中，根据环形导线的电流方向，由右手螺旋定则可知，小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极垂直纸面向外，故C错误；D图中，根据右手螺旋定则，结合电流的方向，可知通电螺线管的内部磁场方向由右向左，所以小磁针静止时N极指向左，故D错误．
8.(2021·南宁市期末)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里的( )
A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ
C．区域Ⅲ D．区域Ⅳ
答案 A
解析 由安培定则可知，I1电流在其上方产生的磁场方向垂直纸面向里，I2电流在其右方产生的磁场方向垂直纸面向里，故只有在区域Ⅰ，两个电流产生的磁场才都向里，选项A正确．
9.(2021·中卫一中期末)一根通电直导线周围磁场的磁感线如图所示，一个小磁针被放入磁场中，则小磁针将( )
A．顺时针转动
B．向左移动
C．向右移动
D．逆时针转动
答案 A
解析 由安培定则可知，小磁针所在处的磁场方向向下，因此小磁针将顺时针转动至N极向下，故选A.
10．(2021·襄阳四中月考)通电螺线管附近放置四个小磁针，如图所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为N极)( )
A．a B．b C．c D．d
答案 B
解析 由安培定则判断出螺线管的左侧相当于条形磁体的N极，右侧相当于S极，故在小磁针a、c、d处磁场方向水平向左，小磁针b处磁场方向水平向右，小磁针静止时N极应沿磁感线方向，只有小磁针b指向正确，故选B.
考点三 安培分子电流假说
11．小华同学在探究磁极间的相互作用时，不小心将条形磁体掉在了地上，当小华把条形磁体拾起来再次进行实验时，发现该条形磁体失去了磁性．则下列说法正确的是( )
A．由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流消失了
B．由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流的取向变得一致了
C．由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流的取向变得杂乱无章了
D．由安培分子电流假说可知，条形磁体中的分子电流强度减弱了
答案 C
解析 由安培分子电流假说可知，原来有磁性的物体，经过高温、剧烈震动等作用后分子电流的取向重新变得杂乱无章，分子电流仍然存在且强度也没有发生变化，但分子电流产生的磁场相互抵消，这样物体就会失去磁性，C正确．
12．(2021·苏州市期中)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．在下图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
答案 B
解析 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须指向南方，四指的方向在低面上由东向西，故B正确，A、C、D错误．
13.(2021·龙岩市新罗区高二月考)如图所示，直导线AB、螺线管E、U形磁体D三者相距较远，磁场相互不影响，开关闭合后，小磁针N极(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
解析 小磁针N极的指向为磁感线方向，直导线AB部分，电流从上到下，所以从上往下看，直导线产生的磁场方向应为顺时针方向，所以小磁针a的N极应指向纸面外，A错误；在通电螺线管E部分，由安培定则可知，在内部磁感线从右到左，故右端为螺线管S极，左端为N极，在外部磁感线从N极到S极，所以小磁针b的N极应向右，小磁针c的N极向左，B错误，C正确；在U形磁体D部分，由安培定则可知，左端为S极，右端为N极，在外部磁场方向从右端指向左端，所以小磁针d的N极应向左，D错误．
14.(多选)如图所示，弹簧测力计下挂一条形磁体，其中条形磁体N极的一部分位于未通电的螺线管内，则下列说法正确的是( )
A．若将a接电源正极，b接负极，弹簧测力计的示数将减小
B．若将a接电源正极，b接负极，弹簧测力计的示数将增大
C．若将b接电源正极，a接负极，弹簧测力计的示数将增大
D．若将b接电源正极，a接负极，弹簧测力计的示数将减小
答案 AC
解析 根据右手螺旋定则，可知若将a接电源正极，b接电源负极，螺线管上端为N极，会排斥条形磁体，弹簧测力计示数将减小；若将a接电源负极，b接电源正极，螺线管上端为S极，会吸引条形磁体，弹簧测力计示数将增大，所以选A、C.
15.(2021·雅安中学期中)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，下列说法正确的是( )
A．a、b、c的N极都向纸里转
B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转
C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转
D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转
答案 B
解析 由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流沿逆时针方向，由安培定则可判断出，环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转，故选B.
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