专题1　磁体和磁场 解析版

专题1磁体和磁场

◆专题精析◆...............................................................................................................................................................1

类型一磁体、磁性、磁体间相互作用的规律..............................................................................................1

类型二磁场和磁感线......................................................................................................................................2

类型三地磁场的特点......................................................................................................................................2

类型四直线电流磁场的特性及通电螺线管磁场的特性..............................................................................3

类型五右手螺旋定则的应用..........................................................................................................................4

类型六电磁铁的特性和工作原理..................................................................................................................6

类型七电磁铁的应用......................................................................................................................................7

◆培优训练◆...............................................................................................................................................................9

◆专题精析◆

类型一磁体、磁性、磁体间相互作用的规律

【典例分析】如图所示的三个钢块，下列判断正确的是（）

A.都是磁体B.只有两个磁体

C.可能都是磁体，也可能只有两个磁体D.都不是磁体

【答案】C

【解析】磁极间相互作用的规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。B和C相互排斥说明B和

C都是磁体，且B的右侧与C的右侧是同名磁极；而A和B相互吸引，由于B已确定具有磁性，所以A

可能有磁性，也可能设有磁性。

【考点突破】此题考查对“磁体、磁性概念的理解，以及磁体间相互作用规律的应用”，解题的思维

流程是：(1)B和C相互排斥，所以B和C是同名磁极；

(2)注意：①两个物体相互吸引，则有两种可能——它们都是磁体或只有一个是磁体；②两个物体相互排

斥，则只有一种可能——它们都是磁体且相互靠近端为同名磁极。

【跟踪训练】一根钢条接近小磁铁，小磁铁的N极被吸向钢条，这一现象说明钢条原来（）

A.一定有磁性，接近磁性的一端是S极B.一定有磁性，但不能确定它的极性

C.一定没有磁性D.不一定有磁性

【答案】D

【解析】小磁铁与钢条吸引，有两种可能：①钢条有磁性，且与小磁铁靠近的是钢条的S极。②钢条

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没有磁性，由于小磁铁具有磁性，所以能够吸引铁钴镍等物质，故小磁铁吸引钢条。

类型二磁场和磁感线

【典例分析】关于磁场和磁感线，以下说法正确的是（）

①磁场看不见摸不着，但可以借助小磁针感知它的存在②磁感线是磁体周围空间实际存在的曲线③

磁场对放入其中的磁体有力的作用④地球的周围存在磁场

A.①②③B.①②④C.①③④D.②③④

【答案】C

【解析】磁场是一种看不见摸不着的但却真实存在的物质，而磁感线为了描述磁场分布及磁场大小和

方向而引进的一种模型，因此②是错误的。

【考点突破】此题考磁场及磁感线的相关知识：

(1)磁感线的疏密表示磁场强弱(即大小)；

(2)磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向(小磁针N极受力方向或静止时N极所指方向就是磁场

方向)；

(3)磁感线是闭合曲线，在磁体外部磁感线是从N极到S极，内部是从S极到N极；

(4)注意：在磁场中，设有磁感线画出的地方也存在磁场；

(5)磁感线不相交。

【跟踪训练】在条形磁铁的周围放置8枚小磁针(其中涂红的部分是小磁针的N极)，图中正确的是

（）

【答案】A

【解析】磁体周围的磁感线方向是从N极出发回到S极，且磁场中任一点小磁针北极和该点的磁感线

方向一致，图中条形磁铁周围的磁感线分布如图所示：

A、结合条形磁铁周围的磁感线分布情况可知，所有小磁针的指向均符合磁场规律，故A正确；B、图

中左侧小磁针的N极和条形磁铁的N极相对、右侧小磁针的S极和条形磁铁的S极相对，不符合“同名磁

极相互排斥”，故B错误；C、图中左侧小磁针的N极和条形磁铁的N极相对、右侧小磁针的S极和条形磁

铁的S极相对，不符合“同名磁极相互排斥”，故C错误；D、图中下方三个小磁针的N极指向与磁场方向

相反，故D错误。

类型三地磁场的特点

【典例分析】地球是一个巨大的磁体，下列有关地磁场的示意图中正确的是（）

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【答案】C

【解析】地球是一个大磁体，地磁场的北极在地理南极附近，地磁场的南极在地理北极附近，但它们

之间存在一个磁偏角，设有完全重合，故A、B是错误的；地磁场的方向是从地磁北极指向地磁南极。

【考点突破】此题考查地磁场的磁极位置及磁场分布情况：

(1)地磁场的水平分量，在南、北半球都是“从南向北”的；

(2)地磁场的竖直分量，在南半球是竖直向上的，在北半球是竖直向下的。

【跟踪训练】根据古文《论衡•是应篇》中的记载：“司南之杓(用途)，投之于地，其祗(握柄)指南。”

学术界于1947年想象出司南的模样并印刷在邮票上。

(1)如图甲所示，当磁勺在正确指南时，其A端为该磁体的____________(填“S”或“N”)极。

(2)1952年，中国科学院物理研究所尝试制作一具司南，如图乙所示，制作人员根据天然磁石的磁感线

分布，将磁石的____________(填“B”“C”“D”或“E”)处打磨成磁勺的A端。

(3)把天然磁石按照正确方法打磨成磁勺后，放在粗糙的木盘上，使磁勺水平自由转动直至最终静止，

但磁勺A端总不能正确指南。将粗糙木盘换成较光滑的青铜盘才略有改善。这是因为磁勺和盘子之间的

____________影响了实验效果。

【答案】(1)S(2)D(3)摩擦力

【解析】(1)磁体静止时，指南的叫南极用字母S表示；指北的叫北极，用字母N表示；

(2)磁体周围的磁感线，都是从磁体的N极出发，回到S极；

(3)摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关；在压力相同的情况下，接触面越粗糙，摩擦力

越大。

类型四直线电流磁场的特性及通电螺线管磁场的特性

【典例分析】小鹏在研究通电导体周围磁场的情况时，将能够自由转动的小磁针静置在水平桌面上，

将一根直导线平行置于小磁针正上方。当直导线中的通电电流由P向Q时，小磁针在水平面内的转动方向

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如图所示，当改变直导线中的电流方向时，小磁针转动方向也发生了改变，下列说法错误的是（）

A.历史上第一个发现这一现象的科学家是奥斯特

B.上述现象说明了电流有磁效应

C.上述现象说明电流的磁场方向与电流方向有关

D.此实验说明通电直导线周围的磁场强弱与电流大小有关

【答案】D

【解析】直线电流周围存在磁场是奥斯特发现的，故A是正确的；改变直导线上通过的电流方向，小

磁针的偏转方向就会改变，说明电流周围存在磁场，且磁场方向与电流方向有关，故B、C正确；实验中并

没有体现磁场强弱发生改变，故D是错误的。

【考点突破】此题考查直线电流周围磁场的特点。

(1)磁场大小：长直导线电流周围某点的磁场大小与该点离长直导线的距离有关，与通过长直导线的电

流大小有关；

(2)磁场市向：长直导线电流周围某点的磁场向与通过长直导线中的电流方向有关，与该点的空间位置

有关。

(3)注意：同学们，你知道做这个实验时，导线和磁针为什么一定要南北方向放置吗?

【跟踪训练】下图中，关于通电螺线管旁的小磁针受到通电螺线管磁力作用静止后指向正确的是（）

【答案】C

【解析】已知A中小磁针左端为N，右端为S极，根据磁极间的相互作用可知，通电螺线管左侧为N

极，右端为S极，由安培定则知电源右端为正极，左端为负极，错误。由安培定则可知，B中通电螺线管

左端为S极，右端为N极，根据磁极间的相互作用可知，小磁针应逆时针转动直到水平方向，错误。已知C

中小磁针右端为N，左端为S极，根据磁极间的相互作用可知，通电螺线管左侧应为S极，右端为N极，

正确。由安培定则可知，D中通电螺线管左端为S极，右端为N极，根据磁极间的相互作用可知，小磁针

应顺时针转动直到水平方向，故D错误。

类型五右手螺旋定则的应用

【典例分析】如图所示，条形磁铁置于水平桌面上，电磁铁水平放置且左端固定，当电路中滑动变

阻器的滑片P逐渐向左移动时，条形磁铁仍静止，在此过程中条形磁铁受到的摩擦力（）

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A.逐渐增大，方向向右B.逐渐减小，方向向右

C.逐渐增大，方向向左D.逐渐减小，方向向左

【答案】A

【解析】(1)根据右手螺旋定则判定出通电螺线管的右侧为N极，与磁铁相互吸引；(2)由于滑片P向右

移动，电阻减小，电流增大，螺线管磁性增强，吸引力变大；(3)根据二九平衡可知，摩擦力变大，且方向

水平向右。

【考点突破】此题考查右手螺旋定则的应用。

(1)千万不能用“手”来判定通电螺线管的磁极、绕线及电流方向；

(2)你知道“右手”是用来判断什么的吗?

(3)注意，此题思维的流程是：①定方向：看电池正负极→螺线管中电流方向→右手螺旋定则→螺线管

的N极→与条形磁铁S极的作用力方向→条形磁铁摩擦力方向；

②定大小：看变阻器→…，相信同学们一定能自己完成!

【跟踪训练】在治疗心脏疾病患者时，通常用一种被称为“血泵”的体外装置来代替心脏，以维持

血液循环。其简化示意图如下图所示：线圈固定在软铁杆上，两者组成一个电磁铁，活塞筒在阀门S1、S2

处与血管相连，其中S1只能向外打开，S2只能向内打开。

(1)在该装置工作中的某时刻，若电流从a端流进线圈，从b端流出线圈，则电磁铁受到左侧永磁体向

____________(填“左”或“右”)的作用力。

(2)要使该装置能维持人体血液循环，线圈a、b间所接电源应为____________(填序号)。

A.直流电源

B.交流电源(电流大小和方向发生周期性变化)

C.交流、直流电源均可

【答案】(1)右(2)B

【解析】(1)由右手螺旋定则可知，通电螺线管左端为N极，此时同名磁极相对，则电磁铁受到左侧永

磁体向右的作用力。(2)人的心脏是推动血液循环流动的泵，左心室与右心室同时收缩，左心室射出的血液

经主动脉、各级动脉流往全身各处，最后经上、下腔静脉流回右心房，这条血液循环路线就是体循环；右

心室射出的血液，经肺动脉流向肺，再经肺静脉流回左心房，这条血液循环路线就是肺循环。因此要使该

装置能维持人体血液循环，线圈a、b间所接电源应为交流电。

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类型六电磁铁的特性和工作原理

【典例分析】电梯为居民上下楼带来很大的便利，出于安全考虑，电梯设置了超载自动报警系统，

其工作原理如图所示，电梯厢底层装有压敏电阻R1，R2为保护电阻。K为动触点，A、B为静触点，当出

现超载情况时，电铃将发出报警声，电梯停止运行，下列说法不正确的是（）

A.电梯工作时电磁铁的上端为S极

B.电磁铁磁性的强弱与电流的大小有关

C.电梯未超载时动触点K与静触点A接触

D.电梯超载时报警说明压敏电阻的阻值随压力的增大而增大

【答案】D

【解析】根据右手螺旋定则可以判定电磁铁的上端为S极，A正确；电磁铁磁性的强弱与电流大小有

关，B正确；电梯未超载时电动机正常工作，说明K与A接触，C正确；超载时报警说明压力大时电流大，

电磁铁的磁性强，吸引衔铁，使电铃响，因此压力大时，电阻要减小，故D的说法不正确。

【考点突破】(1)分析电磁铁的工作原理时，可将整个电磁铁分成三个部分：控制电路、机械传动装

置和工作电路。分析的顺序根据已知条件可以从控制电路开始分析，也可以从工作电路开始分析。改变控

制电路的本质是一样的，即通过光控、声控、压力控等，改变控制电路的总电阻，从而改变控制电路的电

流，进而改变电磁铁吸力的大小。

(2)影响电磁铁磁性强弱的因素有：线圈的匝数、横截面积、长度、通过线圈的电流大小、有无铁芯等。

【跟踪训练】小明设计了一个道路限载报警器(如图甲)，R0是变阻器，R是压敏电阻。R的电阻大小

随压力大小变化关系如图乙。当超载车辆通过压敏电阻时，限载报警器就会报警。

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(1)调试好电路，闭合开关S1和S2，当超载车辆通过时，限载报警器会____________(填“灯亮”或“铃

响”)。

(2)交通主干道的抗压能力一般比村道路要强得多。若把村道路限载报警器应用到主干道，就要适当调

高报警的限载重量，下列操作可行的是____________(填序号)。

A.把变阻器R0的滑片适当左移

B.把电源1的电压适当增大

C.把弹簧AB的A端适当左移

D.把电磁铁C适当右移

【答案】(1)铃响(2)AC

【解析】(1)闭合开关S1和S2，当超载车辆通过时，压敏电阻的阻值减小，通过电磁铁电路的电流增大，

衔铁就会被吸下来，电铃电路接通，因此电铃会响。

(2)由乙图可知，压敏电阻的阻值随着压力的增大而减小，因此要想提高报警器的限载重量，必须增大

电路中的电阻，减小电磁铁电路中的电流，故A正确，B错误；观察甲图发现，衔铁和弹簧的部分实际上

是一个杠杆，电磁铁的吸引力为动力，弹簧的拉力为阻力；要适当调高报警器的限载重量(即压敏电阻受到

的压力增大)，由图乙可知压敏电阻的值减小，在变阻器R。接入阻值不变时，总电阻减小，控制电路中电

流增大，则电磁铁对衔铁的吸引力增大；要让衔铁不那么容易被吸下来，由杠杆平衡条件可知，应增大左

端的力臂，所以可以增大A端与支点间的距离，即把弹簧AB的A端适当左移。故C正确，D错误。

类型七电磁铁的应用

【典例分析】如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的原理示意。其中，R是光敏电阻，

光敏电阻的阻值R随光照的增强而减小。白天，通过太阳能电池板与蓄电池构成回路将太阳能转化为化学

能储存在大容量蓄电池内。傍晚，当光照强度小于一定值时，通过蓄电池与LED路灯构成回路，路灯开

始工作。请用笔画线将电路原理图连接完整，使工作电路能正常工作。(与触点的接线只能接在静触点上，

图中已给出静触点D、E、F、G的四根引线；连线不能交叉)

答图

【答案】如答图所示

【解析】光敏电阻的阻值R随光照的增强而减小，所以白天时，光敏电阻的阻值减小，电路中的电流

增大，电磁铁的磁性增强，衔铁被吸下，与静触点G、F接触，此时太阳能电池板与蓄电池组成闭合电路；

夜晚光照强度减弱，光敏电阻的阻值增大，电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，衔铁被弹拉起，使衔

铁与静触点E、D接触，此时蓄电池与LED路灯组成闭合电路，据此连接电路如图所示。

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【考点突破】本题考电磁铁工作电路的连接。

(1)分析试题的思维入口：从光敏电阻在“白天”和“傍晚”的阻值不同开始分析；

(2)控制电路变部分可以是：光敏电阻、压敏电阻、热敏电阻、声控开关等，总之是改变电路中的“电

阻”大小。

【跟踪训练】电梯为居民出入带来很大的便利，出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，

其工作原理如图甲所示。已知控制电路的电源电压U=6伏，保护电阻R1=100欧，压敏电阻R2的阻值随压

力F大小变化的情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。

(1)当压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小，控制电路中的电流增大，从而使电磁铁的磁性增

强。电梯超载时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点____________接触，电铃发出警报声。

(2)已知电磁铁线圈中电流达到20毫安时，衔铁刚好被吸住。若该电梯厢内站立总质量为1000千克的

乘客，试计算说明电梯是否超载。

【答案】(1)B

(2)I=20毫安=0.02安，U1=IR1=0.02安×100欧=2伏，

U2=U-U1=6伏-2伏=4伏，R2=U2/I=4伏/0.02安=200欧。

由图乙查得R2=200欧对应的压力F=9000牛，G乘客=m乘客g=1000千克×10牛/千克=10000牛，10000

牛>9000牛，因此电梯已超载。

【解析】（1）电梯超载时，压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小，控制电路中的电流增大，

从而使电磁铁的磁性增强，磁性达到一定程度时，衔铁被电磁铁吸住，触点K与触点B接触，电铃报警，

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电梯不工作。

（2）根据乘客质量求出乘客重力，对电梯的压力等于乘客重力，找出图象中压力对应的R2电阻值，根

据欧姆定律表示出电路中的电流，并求出R1的阻值。

◆培优训练◆

(一)磁极间的相互作用规律

1.如图所示，当弹簧测力计吊着一磁铁沿水平方向从水平放置的条形磁铁的A端移到B端，此过程中

测力计示数与水平位置的关系可表示为（）

【答案】D

【解析】水平放置的条形磁铁两边磁场强，中间磁场弱，从A端到条形磁铁的中间，表现为斥力，且

斥力逐渐减小，所以弹簧测力计的读数逐渐增大，从磁铁中间到B端，表现为引力，且引力逐渐增大，所

以弹簧测力计的读数继续逐渐增大。可知整个过程中，弹簧测力计的读数一直增大。故D正确，A、B、C

错误。故选：D。

2.在“悬空的磁环”实验中，若所用的磁环都一样，中间的塑料管是光滑的。当甲、乙两个磁环处于静

止状态时，它们之间的距离为h1，如图所示。再往乙的正上方套入丙磁环，当丙悬空并静止后，甲、乙之

间的距离变为h2，乙、丙之间的距离为h3。已知磁环间的斥力随它们距离的减小而增大，则h1、h2、h3之

间的大小关系满足（）

A.h1>h2>h3B.h1>h2，h2<h3C.h1<h2=h3D.h1<h2<h3

【答案】B

【解析】设每个磁环的重力为G，则当甲乙两磁环处于静止状态时，甲乙之间的力大小为G，此时所

对应的距离为h1；当丙磁环套在乙上方，甲、乙、丙都处于静止状态时，乙丙之间力的大小为G，对应的

距离为h3，甲乙之间力的大小为2G，对应的距离为h2，根据磁环间的斥力随距离的减小而增大的原理可知，

h1>h2，h2<h3。

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(二)磁与力的综合分析

3.一个能绕中心转动的小磁针在如图所示位置保持静止，某时刻开始小磁针所在的区域出现水平向右的

磁场，磁感线方向如图所示，则小磁针在磁场出现后（）

A.两极所受的力是平衡力，所以不会发生转动

B.两极所受的力方向相反，所以会持续转动

C.只有N极受力，会发生转动，最终静止时N极所指方向水平向右

D.两极所受的力方向相反，会发生转动，最终静止时N极所指方向水平向右

【答案】D

【解析】某时刻开始小磁针所在的区域出现水平向右的磁场，小磁针将会受到磁场力的作用，且N极

受力方向与磁场方向相同，水平向右；S极受力方向与磁场方向相反，水平向左。

所以小磁针会发生转动，最终小磁针在磁场中静止，N极指向水平向右。所以ABC错误，D正确。

4.如图所示“悬空的磁环”活动中，假甲设甲、乙、丙三个磁环相同，中间塑乙料管是光滑的。当磁环

都处于静丙止状态时，甲对乙的作用力F1和丙对乙的作用力F2的大小关系是（）

A.F1小于F2B.F1等于F2C.F1大于F2D.无法比较

【答案】A

【解析】对乙磁环进行受力分析：乙磁环受到竖直向下的重力G和甲对乙的作用力F1；受到竖直向上

的力只有丙对乙的作用力F2。又因为乙磁环处于静止状态属于平衡状态，它受到合力为零，即F2=G+F1．所

以F1小于F2。

(三)右手螺旋定则的应用

5.如图所示为一台非铁磁性物质制成的天平，天平左盘中的A是一铁块，B是电磁铁。未通电时天平平

衡，给B通以图示方向的电流(a端接电源正极，b端接电源负极)，调节线圈中电流的大小，使电磁铁对铁

块A的吸引力大于铁块受到的重力，铁块A被吸起。当铁块A向上加速运动的过程中，下列判断正确的是

（）

A.电磁铁B的上端为S极，天平仍保持平衡

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B.电磁铁B的上端为S极，天平右盘下降

C.电磁铁B的下端为N极，天平左盘下降

D.电磁铁B的下端为N极，无法判断天平的平衡状态

【答案】C

【解析】由图可知，电流的方向从上到下，由安培定则可知，电磁铁B的上端为S极，下端为N极。

当铁块A向上加速运动的过程中，铁块处于超重状态，可知左侧的物体整体对天平的压力增大，天平左盘

下降。故C正确，ABD错误。故选：C。

6.为避免汽车超速行驶带来的危害，某校科技创新小组设计了如下图所示的一个装置来自动限制车速。

电路中电源电压为6V，保护电阻R0的阻值是5Ω，Rx是一个阻值随车速增大而减小的电阻元件(装置中其

他电阻不计)。开关S闭合后，螺线管A的上端相当于电磁铁的____________极；当车速增大时，电磁铁的

磁性会____________(填“增强”“减弱”或“不变”)；如果车速达到130km/h时，电路中电流恰好为1A，

电磁铁A刚好能吸下衔铁B，使油门C喷油量受到限制而控制车速，此时Rx的阻值是____________。

【答案】S增强1

【解析】由图示电路图可知，闭合开关S后，电流从电磁铁上端流入，从下端流出，由安培定则可知，

螺线管A的上端相当于电磁铁的S极；

当车速增大时，电阻Rx阻值减小，电路总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律可知，电路电流增大，

电磁铁的磁性会增强；由I=U/R可知，电路总电阻：R=U/I=6V/1A=6Ω，Rx=R-R0=6Ω-5Ω=1Ω.

(四)电磁铁的应用与电路计算

7.物体被照明的程度可用照度表示，单位是1x。某光敏电阻的阻值随照度变化的关系如图1所示。图2

是一种灯光和电铃的控制电路图，要求当开关S闭合，光敏电阻上的照度小于0.9lx时，只有灯L1亮；照

度大于等于0.9lx时，灯L2亮、电铃响。已知控制电路的电源电压是220V，电磁继电器的线圈电阻可以忽

略不计，其中电流达到20mA时才能把金属片吸下。试通过计算说明在虚线框内并联接人一个多大的电阻

才能使控制电路正常工作。

【答案】24.4千欧

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U220V

【解析】由图知，当照度等于时，电阻为Ω，通过光敏电阻的电流为：

10.9lx20kI光==3

R光2010