高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步1 磁场 磁感线精品测试题

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（一）课前阅读：
1.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．
2．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．
3．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．
（二）基础梳理
磁场 磁感线
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．
【典例精析】
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
用安培定则判断电流磁场的方向
【典例精析】
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．
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．
【典例精析】
例5．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.
1．常见永磁体的磁感线分布
2．磁感线的特点
(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。
(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(3)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。
(4)磁体外部磁感线从N极指向S极，磁体内部磁感线从S极指向N极。
(5)磁感线闭合而不相交、不相切，也不中断。
3．电场和磁场的比较
三种常见电流的磁场

一、单选题
1．在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”（地磁场方向与现在的方向相反）和“正极性”（地磁场方向与现在的方向相同）之间不断变换。物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生。下列关于地磁反转期间的说法正确的是（ ）
A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响
B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响
C．太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病
D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程
【答案】C
【解析】A．地磁反转期间，对依靠磁场进行导航的物种会有影响，A错误；
B．地磁场能使太阳辐射的高能带电粒子发生偏转，对地球的生物有一定的变化作用，若地磁场处于最弱的状态时，就会对地球生物的生存有影响，B错误；
C．当太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层时，可能引发一些疾病，C正确；
D．地球磁场的反转不可能是瞬间发生，而是一个缓慢、渐进的过程，D错误。
故选C。
2．如图所示， SKIPIF 1 < 0 为电磁铁，C为胶木秤盘， SKIPIF 1 < 0 和C（包括支架）的总重量 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 为铁片，质量为 SKIPIF 1 < 0 ，整个装置用轻绳悬于 SKIPIF 1 < 0 点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0
C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
【答案】B
【解析】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
SKIPIF 1 < 0
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
SKIPIF 1 < 0
故选B。
3．关于电流周围的磁感线分布情况，图中正确的是( )
A．B．
C．D．
【答案】A
【解析】A．根据安培定则可以判断，A图中环形电流内部的磁感线方向为垂直纸面向里，故A正确；
B．根据安培定则可以判断，B图中直线电流周围的磁感线方向应为顺时针方向，故B错误；
C．根据安培定则可以判断，C图中螺线管的左端为N极，磁感线方向向右，故C错误；
D．根据安培定则可以判断，D图中直线电流周围的磁感线方向应为逆时针方向(俯视)，故D错误。
故选A。
4．如图所示的磁场中,稳定时小磁针位置正确的是( )
A．B．
C．D．
【答案】A
【解析】磁铁外部，磁感线由 SKIPIF 1 < 0 极指向 SKIPIF 1 < 0 极，而磁感线的切线方向就是小磁针静止时N极所指方向。
故选A。
5．磁场中某区域的磁感线如图所示，下列论述正确的是( )
A．a、b两处的磁场强弱不同，a处磁场强
B．a、b两点在同一条磁感线上，所以两点磁场方向相同
C．磁感线上某点的切线方向就是该点磁场的方向
D．两条磁感线的空隙处不存在磁场
【答案】C
【解析】A．由题图中磁感线的疏密可知，a处磁场弱，b处磁场强，故A错误；
BC．磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向，a、b两点磁场方向不同，故B错误，C正确；
D．磁感线是假想的，实际不存在，在两条磁感线的空隙处存在磁场，故D错误。
故选C。
6．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【解析】A．通电直导线电流方向从左向右，根据安培定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者，A错误；
B．通电直导线电流方向竖直向上，根据安培定则，磁场的方向为逆时针（从上向下看），因此小磁针静止时北极背离读者，B错误；
C．环形导线的电流方向如题图C所示，根据安培定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者，C正确；
D．根据安培定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时北极指向左方，D错误。
故选C。
7．图中能正确表示通电导线周围磁场或条形磁铁周围磁场的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【解析】AB．由安培定则可判断，A中电流的磁场正确，故A正确，B错误；
CD．条形磁铁外部磁感线从N→S，内部从S→N，故CD错误。
故选A。
8．两根彼此绝缘且紧贴在一起的直导线分别通有方向如图所示的电流，在其角平分线M上的点P处放一个小磁针，小磁针静止时N极垂直于纸面向外。下列关于I1、I2大小的判断正确的是（ ）
A．I1>I2B．I1=I2C．I1