高中物理人教版 (2019)必修 第三册磁场磁感线精品同步达标检测题

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一、核心知识点梳理
知识点1：磁现象与磁场
1.基本磁现象
磁性：能够吸引铁、钴、镍等物质的性质。
磁体：具有磁性的物体。分天然磁体和人造磁体。
磁极：磁体上磁性最强的部分。任何磁体都有北极（N极）和南极（S极）。
磁极间相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
2.磁场（MagneticField）
定义：磁体周围存在的一种特殊物质，它对放入其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用。
基本性质：对放入其中的磁极、电流有力的作用。（与电场“对放入其中的电荷有力的作用”类比）
方向规定：在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁场方向。
知识点2：磁感线
1.定义：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与该点的磁场方向一致。
2.特点（非常重要！）
假想线：磁感线是为了形象描述磁场而假想的曲线，实际并不存在。
闭合曲线：在磁体外部，从N极出发，回到S极；在磁体内部，从S极指向N极。形成闭合曲线。（与电场线“始于正电荷，终于负电荷”的开放性形成对比）
不相交：磁场中任意一点的磁场方向是唯一的，因此磁感线在空间不相交、不相切。
疏密程度：磁感线的疏密表示磁场的强弱。越密的地方，磁场越强；越疏的地方，磁场越弱。
【题型1：磁感线性质与磁场方向判断】
例1.关于电场、磁场的理解，下列说法正确的是（ ）
A．电场、磁场都看不见、摸不到，所以都不是真实存在的物质
B．电场线是真实存在的，用以形象表示电场的强弱和方向
C．小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向
D．磁感线和静电场的电场线都是不闭合的
【答案】C
【详解】A．电场、磁场都看不见、摸不到，但是真实存在的物质，故A错误；
B．电场线不是真实存在的，是为了更形象地描述电场的强弱及方向而人为假想的，故B错误；
C．小磁针静止时N极所指的方向规定为该点磁场的方向，故C正确；
D．电场线是不闭合曲线，有起点和终点，而磁感线是一条闭合曲线，故D错误。
【举一反三】：
1.如图所示为一簇磁感线，磁感线均为直线，上下两侧的磁感线关于水平磁感线对称，b、c两点关于水平磁感线也对称，a、d两点为磁场中的另外两点。下列说法错误的是（ ）
A．a、b、c、d四点中a点的磁场最强
B．b、c两点的磁感应强度不相同
C．若在d点放一小磁针，小磁针静止时N极指向右侧
D．同一段通电导线分别放在a、d两点，则导线在a点所受的作用力较大
【答案】D
【详解】A．磁感线的疏密程度反应磁感应强度的大小，磁感线越密磁感应强度越大，所以a点的磁场最强，故A正确，不符合题意；
B．对称性可知，b、c两点的磁感应强度大小相同，但方向不相同，由于磁感应强度为矢量，则 b、c两点的磁感应强度不同，故B正确，不符合题意；
C．小磁针静止时N极指向为该点的磁场方向，由图可知d点的磁场方向向右，所以在d点放一小磁针，小磁针静止时N极指向右侧，故C正确，不符合题意；
D．图可知a点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，同一段通电导线分别放在a、d两点时，由于导线如何放置题中未说明，所以无法确定导线在这两点所受磁场力的大小关系，故D错误，符合题意。
2.如图所示，两根长直导线平行放置，在两导线间距的中点放上一枚小磁针，当两导线中分别通以同向电流I1、I2（I1>I2）时，小磁针的N极将（ ）
A．垂直纸面向外转动B．垂直纸面向里转动
C．竖直向上转动D．竖直向下转动
【答案】B
【详解】根据右手螺旋定则可知靠近I1右侧的磁场方向为垂直纸面向里，靠近I2左侧的磁感应强度方向为垂直纸面向外，因为I1>I2，所以小磁针的N极垂直纸面向里转动。
3.安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说， 电子绕原子核运动可等效为一环形电流。如图为一分子电流模型，电量为e的电子以角速度ω绕原子核沿顺时针方向在水平面内做匀速圆周运动，则该环形电流的大小和磁场的方向为 （ ）
A． ，竖直向下B．，竖直向上
C．，竖直向下D．，竖直向上
【答案】B
【详解】电子圆周运动的周期
根据电流的定义可得环形电流的大小为
由于电子绕核顺时针运动，故电流方向为逆时针方向，根据安培定则可知，磁场方向竖直向上。
知识点3：常见磁场的磁感线分布
1.条形磁铁和蹄形磁铁
外部磁感线：从N极指向S极。
内部磁感线：从S极指向N极，与外部磁感线连接成闭合曲线。
磁极附近磁感线最密，磁场最强。
2.地磁场
地球本身是一个巨大的磁体，地磁的N极在地理南极附近，地磁的S极在地理北极附近。
磁感线分布大致像一个条形磁铁周围的磁场。
小磁针的N极指向地理北极（即地磁的S极）。
3.通电直导线周围的磁场（安培定则一/右手螺旋定则一）
内容：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流的方向，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
磁感线分布：是一系列以导线上各点为圆心的同心圆，且靠近导线处磁感线更密，磁场更强。
4.通电螺线管周围的磁场（安培定则二/右手螺旋定则二）
内容：用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么伸直的大拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向（即螺线管的N极）。
磁感线分布：外部磁感线类似于条形磁铁，内部是近似均匀的平行直线（忽略边缘效应）。
【题型2：安培定则的应用】
例2.把磁针放在如图所示电路中直导线的正下方，并处于静止状态，闭合开关后，小磁针发生偏转，下列说法正确的是（ ）
A．小磁针N极往外偏转
B．首先观察到这个实验现象的物理学家是法拉第
C．该实验说明电流周围存在电场，电场对小磁针有作用力
D．本实验需要较强电流，所以应该让电路保持长时间短路状态
【答案】A
【详解】A．根据安培定则，直导线下方的磁场垂直纸面向外，可知小磁针的N极往外偏转，故A正确；
B．把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，发现这个实验现象的物理学家是奥斯特，故B错误；
C．该实验说明电流周围存在磁场，磁场对小磁针有作用力，故C错误；
D．本实验不需要较强电流，故D错误。
【举一反三】：
1.如图所示，一束带电粒子沿着水平虚线方向平行地飞过小磁针的正上方时，磁针的N极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（ ）
①向左飞行的负离子 ②向右飞行的负离子 ③向左飞行的正离子 ④向右飞行的正离子
A．①③B．②③C．①④D．②④
【答案】C
【详解】磁针的N极向纸内偏转，可知该处的磁场方向垂直纸面向里，根据安培定则可知虚线处有向右飞行的正离子或者向左飞行的负离子。
2.如图所示，一通电直导线水平放置，在其产生的磁场中，M点的磁场方向为（ ）
A．竖直向上B．与电流方向相同
C．垂直纸面向外D．垂直纸面向里
【答案】D
【详解】根据右手螺旋定则可知，直线电流在M点的磁场方向为垂直纸面向里。
3.下列各图中，已标出电流及电流产生磁场的方向，其中正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】A．由于电流的方向竖直向上， 根据安培定则知， 磁场方向应该右边垂直纸面向里，左边垂直纸面向外，故A错误；
B．直线电流的方向竖直向上， 根据安培定则知， 直线电流产生的磁场方向（从上向下看）为逆时针方向，故B错误；
C．根据安培定则， 螺线管内部的磁场方向向右，故C错误；
D．从上往下看， 线框的电流方向为逆时针方向， 根据安培定则知， 磁场的方向向上，故D正确。
【题型3：磁场叠加问题】
例3.如图所示，长度相等的三根平行直导线A、B、C的截面图，D点是A、B连线的中点。三根导线中的电流大小相同，方向垂直纸面向里。则D点的磁感应强度方向是（ ）
A．竖直向上B．竖直向下C．平行纸面水平向右D．平行纸面水平向左
【答案】C
【详解】三个电流大小方向都相同，则AB两处的电流在D点的合磁场为零，则O点的磁场即为C处的电流在O点产生的磁场，根据安培定则可知O点的磁场方向为平行纸面水平向右。
【举一反三】：
1.如图所示，恒定电流流过边长为的水平放置的正方形导线，O点为正方形的中心，P点位于O点正上方且，每条导线在P点的磁感应强度大小均为，则P点的磁感应强度大小为（ ）
A．0B．C．D．
【答案】D
【详解】根据图中几何关系结合安培定则，可知两相互平行导线在P点产生的磁感应强度方向的夹角为，如图所示
则两相互平行导线在P点产生的合磁感应强度大小为
方向竖直向上；则正方形导线在P点的磁感应强度大小为
2.研究人员通过精确控制导线的电流大小和方向，产生特定的磁场分布，实现对电磁波的屏蔽。有两根平行且间距为的通电导线A和B，分别通有电流和（如图），已知通电长直导线周围的磁感应强度大小与电流成正比、与该点到通电长导线的距离成反比，即，以下关于两导线中点处的磁场描述正确的是（ ）
A．若，，处的磁感应强度大小为
B．若，，处的磁感应强度大小为
C．若，，处的磁感应强度大小为
D．无论如何控制导线A和B的电流，处的磁感应强度都不会为零
【答案】C
【详解】AD．M处的磁感应强度为两导线产生的磁场矢量叠加，若，，则两导线在M处的磁感应强度大小相等方向相反，叠加后为0，故AD错误；
B．若，，则两导线在M处的磁感应强度方向相同，则M处的磁感应强度大小为
故B错误；
C．若，，则有，，
故C正确。
3.在磁感应强度为、竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根通电长直导线，电流的方向垂直纸面向里，如图所示，、、、是以直导线为圆心的圆周上的四点，点的磁感应强度大小为0，则（ ）
A．点的磁感应强度大小为0B．点的磁感应强度大小为
C．点的磁感应强度大小为D．、两点的磁感应强度相同
【答案】B
【详解】A．c点的磁感应强度大小为0，表明电流在c点的磁感应强度大小为，方向竖直向下，根据通电导线磁场分布规律可知，电流在a点的磁感应强度大小也为，根据安培定则可知，电流在a点的磁感应强度方向为竖直向上，根据磁场叠加可知，a点的磁感应强度大小为，故A错误；
B．根据通电导线磁场分布规律可知，电流在d点的磁感应强度大小也为，根据安培定则可知，电流在d点的磁感应强度方向为水平向右，根据磁场叠加可知，d点的磁感应强度大小为，方向为斜向右上方，与水平方向成45°，故B正确；
C．根据通电导线磁场分布规律可知，电流在b点的磁感应强度大小也为，根据安培定则可知，电流在b点的磁感应强度方向为水平向左，根据磁场叠加可知，b点的磁感应强度大小为，方向为斜向左上方，与水平方向成45°，故C错误；
D．结合上述可知，b、d两点的磁感应强度大小相等，方向不同，即b、d两点的磁感应强度不相同，故D错误。
二、总结与对比
特征
磁感线
电场线
来源
磁体、电流
电荷
性质
闭合曲线
始于正电荷，终于负电荷（不闭合）
相交性
不相交
不相交
疏密意义
表示磁场强弱
表示电场强弱
切线方向
表示该点磁场方向（N极指向）
表示该点电场方向（正电荷受力方向）