高中物理必修三同步讲义和答案解析-磁场 磁感线

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：

I、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。

重点探究启迪思维深化重点

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、地球的冏围.

(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、电流与电流诃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，但乂确实是客观存在的，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BCo

【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仁，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——钢铁氧体，然后放入磁化机磁化.磁性炸药•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.已知掺入的钢铁氧

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，在高温卜.容易被消磁

B,磁性材料在高温下容易被磁化，在低温下容易被消破

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•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日.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（）

地轴

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力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Ao

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.

/t

甲直线电流的安培定则乙直线电流的磁感线分布

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.

甲环形电流的安培定则乙环形电流的磁感线分布

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.

通电螺线管的磁场

【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

•、/X

•X

强*X

直线电流*X

逐•X

b•JX

X

以导线二任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱

/X

、◎

s「二

环形电流

XXX

环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏

/X

◎

NWS®❷区/

N___S

通电螺线管,。。。G、

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。卜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（）

【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N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.从上往卜.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N极指向右，根据异性

相吸可知，线圈向左运动，

故选Ao

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

B工

C.由比可知，尸越大，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人〃（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？（）

---1|---/--

A.4向左边运动，〃向右边运动B.4逆时针转动，〃逆时针转动

C.。逆时针转动，力顺时针转动D.〃顺时针转动，〃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5极，故小磁针/，逆时针转动；在螺线管内，磁感线由5极指向N极，则小磁针〃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利P、

。分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是（）

_AAAAAA_

lgrp

n®

MNT

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尸指向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。端

为N极，。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，所以蜴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Ao

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//</2</3=/4,要使。点（四根导线围成的正方形的中心）的磁场增强，则应切

断（）

A.导线I的电源B.导线2的电源

C.导线3的电源D.导线4的电源

【答案】D

【解析】根据安培定则可以确定通电导线周围磁场的分布，导线1在O点产生的磁场的方

向垂直于纸面向里，导线2在O点产生的磁场的方向垂直于纸面向里，导线3在0点产生

的磁场的方向垂直于纸面向里，导线4在。点产生的磁场的方向垂直于纸面向外。由于

//</,</,=/„所以合磁场的方向垂直于纸面向里，根据磁场的叠加可知，要使。点的磁场增

强，应切断导线4的电源。

故选D。

5.（多选）如图所示，两通有等大同向电流的长直导线关于。点对称放置，已知导线中的

电流垂直纸面向里AV连线垂直两导线的连线，两点到0点距离相同。卜列说法正确的是

()

AI

…®V.....®

A'\

A.两导线在A点产生的合磁场方向水平向左

B.两导线在A与两点产生的磁场磁感应强度方向相反

C.O点的磁感应强度为零

D.。点的磁感应强度比A点大

【答案】BC

【解析】A.根据安培定则可知左端导线在4点产生的磁场垂直连线向右下，右端导线在A

点产生的磁场垂直连线向右上，根据对称性和矢量合成可知，A点的合磁场水平向右，故A

错误；

B.同理可判断，两导线在/V点产生的合磁场水平向左，故两导线在A与4两点产生的磁场

磁感应强度相反，故B正确；

CD.两导线在中点。产生的磁场等大反向，故。点的磁感应强度为零，。点的磁感应强度

比A点小，故C正确，D错误v

故选BCo

6.（多选）下列关于磁感线和电场线的描述中正确的是（）

A.磁感线和电场线分别是用来描述磁场和电场的强弱和方向的真实曲线

B.磁感线是闭合的曲线，电场线则是不闭合的

C.磁感线或电场线上每一点的切线方向跟该点的磁场方向或电场方向相同

D.铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线

【答案】BC

【解析】A.磁感线和电场线都是用来形象描述场的强弱和方向的假想线，A错误：

B.磁感线是闭合曲线，电场线是起始于正电荷或无限远处、终止于无限远处或负电荷的非

闭合曲线，B正确；

C.磁感线或电场线上每一点的切线方向跟该点磁场或电场的方向相同，C正确；

D.磁感线是为形象描述磁场而画出的一簇簇曲线，不是真实存在的，铁屑的分布曲线只能

显示磁感线的分布，并不是磁感线，D错误；

故选BCo

题组B能力提升练

7.如图所示，正六边形导体环通以逆时针电流，G和尸间距离忽略不计，已知正中心。点

磁感应强度大小为B,以下判断正确的是（）

GF

A.将小磁针放置在0点，稳定后N极指向纸面内

g

B.8c边的电流在。点的磁感应强度为6

C.A8边与OE边相互吸引

D.若将电流增大为原来的两倍，边与。E边的相互作用力增大为原来的两倍

【答案】B

【解析】A.根据右手螺旋定则，。点的磁场方向垂直直面向外，而N极指向方向和磁场方

向相同，因此N极指向纸面向外，故A错误；

B.根据对称性，六条边在。点产生的磁感应强度都相同，因此8C边的电流在。点的磁场

应强度为

故B正确；

C.A8边电流方向向下，QE边电流方向向上，反向平行电流相互排斥，故C错误；

D.将电流增大为两倍，/IB边和。石边的磁场应强度也变为两倍，又由于电流变为两倍，因

此相互作用力增大为原来的四倍，故D错误。

故选Bo

8.如图所示，纸面内有两根平行放置的通有同向、等大电流的长直细导线M、N,a、c是

关于导线N对称的两点，且〃点到导线M的距离大于其到导线N的距离.已知通电长直导

线周围某点的磁感应强度大小与该点到长直导线的距离成反比。若空间中同时存在磁感应强

度大小为8的匀强磁场，且。点的磁感应强度为零，则关于。点的磁感应强度的大小和方

向，下列说法正确的是（）

MN

八•八•

ac

A.大于B,方向垂直纸面向外

B.小于3,方向垂直纸面向外

C.大于从方向垂直纸面向里

D.小于B,方向垂直纸面向里

【答案】A

【解析】设导线M在c点产生的磁场的磁感应强度大小为用，导线N在c点产生的磁场的

磁感应强度大小为冬,由安培定则可知，两导线独立在。点产生的磁场的方向均垂直纸面

向里，又因为。点的磁感应强度为零，故匀强磁场的方向为垂直纸面向外，大小为

8=瓦+与

设导线M在a点产生的磁场的磁感应强度大小为B；,导线N在a点产生的磁场的磁感应强

度大小为员，由题给条件知黑＜与，由安培定则可知，导线M在”点产生的磁场的方向垂

直纸面向里，导线N在。点产生的磁场的方向垂直纸面向外，故两导线在〃点产生的合磁

场方向垂直纸面向外，大小为

B；

故。点的磁感应强度大小为

方向垂直纸面向外。

故选Ac

9.如图甲是一个磁悬浮地球仪，原理如图乙所示。上方的地球仪内有一个永磁体，底座内

有一个线圈，线圈通上直流电，地球仪就可以悬浮起来。下列说法正确的是（）

图甲

A.将地球仪上下位置翻转，仍能继续保持悬浮

B.图中线圈的a端须连接直流电源的正极

C.若增加线圈的匝数，稳定后地球仪受到的磁力增大

D.若增大线圈中的电流，稳定后地球仪受到的磁力不变

【答案】D

【解析】A.地球仪根据同名磁极相互排斥的原理工作，将地球仪上下翻转，则磁体磁极颠倒，

和线圈的作用力从斥力变为吸引力的作用，不能继续保持悬浮，故A错误：

B.线圈〃端接正极时，根据安培定则，可知螺线管上面S极和永磁体下端磁极相反，会相互

吸引，地球仪不会悬浮，放B错误；

C.若增加线圈匝数，磁场增大，稔定后地球仪悬浮得更高，但稳定后地球仪受到的磁力仍与

重力大小相等，故C错误；

D.若增大线圈中的电流，稳定后地球仪悬浮得更高，但稳定后地球仪受到的磁力仍与重力大

小相等，故D正确。

故选D。

【答案】D

【解析】A.根据右手螺旋定则可知，小磁针所在位置磁场方向向左，小磁针的N极应指向

左，故A错误；

B.通电直导线周围的磁场分布可以通过右手螺旋定则判断，在图示位置，小磁针N极应指

向里，故B错误；

C.地理的北极是地磁的S极，故c错误；

D.通电环形导线内部的磁场分布通过右手螺旋定则判断，图示导线内部的磁场垂直纸面向

外，所以小磁针的N极指向外，故D正确。

故选D。

11.两根长直通电导线互相平行，电流方向相同，它们的截面处于等边aABC的A和B处，

如图所示。两通电导线在。处产生磁场的磁感应强度大小都是8。，则。处磁场的总磁感应

强度大小是（）

C

4e.................

A.0B.Bo

C.丛BoD.2Bo

【答案】C

【解析】根据安培定则可知，导线A在。处产生的磁场方向垂直于AC方向向右，大小为

Bo；导线B在C处产生的磁场方向垂直于8c方向向右，大小也为Bo，如图

0.........0

AR

根据平行四边形定则得到，C处的总磁感应强度

^,,=2^）cos300=V3fi；,

故C正确，ABD错误；

故选Co

12.如图所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁

针静止时，小磁针N极的指向是（）

A.a^b、c均向左B.a、b、c均向右

C.a向左，b向右，c向右D.a向右，b向左，c向右

【答案】C

【解析】小磁针静止时N极的指向与该点磁感线的方向相同，如果a、b、c三处磁感线的方

向确定，那么三枚小磁针狰止时N极的指向也就确定。所以只要画出通电螺线管的磁感线

（如图所示），即可知a磁针的N极指向左，b磁针的N极指向右，c磁针的N极指向右。

故选C。

13.（多选）如图所示.能自由转动的小磁针水平放置在桌面上。当有一束带电粒子沿与小

磁针指向平行的方向从小遨针正上方沿南北方向水平飞过时，所能观察到的现象是（）

T

A.小磁针不动

B.若粒子带正电，小磁针会发生偏转

C.若粒子带负电，小磁针会发生偏转

D.若小磁针正上方是一根沿南北方向的通电直导线，小磁针会发生偏转

【答案】BCD

【解析】ABC.无论粒子带正电还是带负电，从小磁针正上方沿南北方向水平飞过时，都会

在小磁针处产生沿东西方向的磁场，所以小磁针一定会发生偏转，选项A错误，BC正确;

D.若在小磁针正上方放一根沿南北方向的通电直导线，则会在小磁针处产生沿东西方向的

磁场，小磁针会发生偏转，选项D正确。

故选BCDo

14.（多选）1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验:罗兰把大量的负电荷加在

一个橡胶圆盘.匕然后在圆盘附近悬挂•个小磁针，将圆盘绕中心轴按图示方向（自上向下

看顺时针）高速旋转，发现小磁针发生偏转.忽略地磁场对小磁针的影响，则下列法正确的

是（）

左右

A.小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了电场

B.小磁针发生偏转说明：因电荷运动形成的电流产生了磁场

C.当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极向左侧偏转

D.当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极向右侧偏转

【答案】BCD

【解析】AB.由题意可知，磁针受到磁场力的作用，原因是由于电荷的定向移动，从而形

成电流，而电流周围会产生磁场，故A错误，B正确；

C.若小磁针处于圆盘的左上方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，

则小磁针的N极向左偏，故C正确：

D.若小磁针处于圆盘的左下方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，

因下方为S极，则小磁针的N极向右偏，故D止确。

故选BCDo

题组C培优拔尖练

15.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的关系。下列各图中能正确反映直导线周围

的磁感线分布的是（）

【答案】D

【解析】根据安培定则可知，当电流方向向外时，所形成的磁场方向为逆时针方向闭合的曲

线。

故选D。

16.如图所示，〃、b两根长直导线垂直纸面放置，两导线内通有大小相等、方向相反的电

流，。点在纸面与导线平面的交线上且到两导线距离相等，是过。点且垂直于导线平面

的竖直线，一个带电粒子从M点以速度u沿MN方向运动，粒子重力不计，下列说法正确

的是（）

\M

V

ab

®.............T~Q-----⑥

N

A.粒子沿MN方向先做加速运动后做减速运动

B.粒子沿MN方向一直做匀速直线运动

C.粒子偏向左侧先做加速运动后做减速运动

D.粒子偏向MN右侧先做减速运动后做加速运动

【答案】B

【解析】根据右手螺旋定则和磁场登加原理可知，两通电直导线在直线MN上所产生的合磁

场方向始终沿MN方向，当带电粒子沿MN方向运动时，其运动方向正好与合磁场方向平

行，则带电粒子不受洛伦兹力作用，故粒子将一直做匀速宜线运动。

故选Bo

17.如图，一束电子沿某坐标轴运动，在x轴上的A点处产生的磁场方向沿z轴正方向，则

A.z轴正方向B.z轴负方向C.轴正方向D.），轴负方向

【答案】C

【解析】一束电子形成的电流产生的磁场方向和电流方向满足右手螺旋定则，则可知电流方

向沿），轴负方向，所以电子沿y轴正方向运动。

故选C。

18.如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线为中心,

半径为的圆周上有b、c、4四个点，已知。点的实际磁感应强度为0,则下列说法中

正确的是（）

A.直导线中电流方向垂直纸面向里

B.〃点的磁感应强度为0

C.。点的磁感应强度为2T,方向向左

D.b点的磁感应强度为力五，方向斜向下，与8成45c角

【答案】D

【解析】A.根据题意可知。点的磁感应强度为0