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重难点10 磁场的性质
考点
三年考情分析
2025 考向预测
磁场、磁感应强度、磁感线
通电直导线和通电线圈周围磁场
的方向
安培力、安培力的方向
匀强磁场中的安培力
地磁场问题（2022·全国乙卷，
5）
（1）考点预测：磁感应强度的叠
加，对电磁场的认识，安培力的
分析、计算，安培力作用下的平
衡问题及动力学问题。
（2）考法预测：经常与电磁感应
进行综合。
【情境解读】
【高分技巧】
一、磁感应强度的叠加、对比及地磁场问题
1．地磁场
①地磁的N 极在地理南极附近，S 极在地理北极附近，磁感线分布如图所示．
②在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．
③地磁场在南半球有竖直向上的分量，在北半球有竖直向下的分量．
2．磁场叠加问题的解题思路
1
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(1)确定磁场场源，如通电导线．
(2)定位空间中需要求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向．如图
所示为M、N 在c 点产生的磁场BM、BN.
(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的B 为合磁场．
二、安培力的分析、计算
1． 安培力的方向
安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B 与I 决定的平面．
2．安培力公式F＝BIl 的应用条件
(1)I 与B 垂直．
(2)l 是指有效长度．
弯曲通电导线的有效长度l 等于连接导线两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向
末端，如图所示．
三、安培力作用下的平衡问题、动力学问题
1．判断安培力作用下导体的运动情况
电流元法
分割为电流元――――→安培力方向→整段导体所受合力方向→运动
方向
特殊位置法
在特殊位置→安培力方向→运动方向
等效法
根据同极相斥、异极相吸判断作用力的方向进而判断运动方向
结论法
两平行直线电流在相互作用中，无转动趋势，同向电流互相吸
引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转
到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法
先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，
确定磁体所受电流磁场的作用力
2．安培力作用下的平衡和加速问题
解题思路：
(1)选定研究对象．
(2)受力分析时，变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，安培力的方
向F 安⊥B、F 安⊥I.如图所示：
2
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（建议用时：40 分钟）
【考向一：磁感应强度的叠加、对比及地磁场问题】
1．（2024·陕西省咸阳市·一模）如图所示，在竖直平面xOy 内有一环形金属线圈，圆心O 处放置一小磁针，
可在水平面内自由转动，受地磁场影响，此时小磁针N 极正好指向x 轴正方向。当环形线圈中通入逆时针
的2A 电流时，小磁针N 极与x 轴正向的夹角为
，已知环形电流在O 点产生的磁感应强度与环形电流
强度成正比。当小磁针N 极与x 轴正向的夹角为
，则环形线圈中通入的电流为（ ）
A. 1A
B. 2.7A
C. 2A
D. 3.5A
【答案】B
【解析】设地磁场
磁感应强度为B0，根据右手螺旋定则，电流在O 点产生的磁场垂直纸面向外，已知环
形电流在O 点产生的磁感应强度与环形电流强度成正比，可设其大小为
,当环形线圈中通入逆时针的
的电流时，小磁针N 极与x 轴正向的夹角为
，则
3
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当小磁针N 极与x 轴正向的夹角为
，则环形线圈中通入的电流
满足
两式相除得
解得
故ACD 错误，B 正确。
故选B。
2．（2022 年全国乙卷第5 题）（多选）安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应
强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy 面。某同学在某地对地磁场进行了
四次测量，每次测量时y 轴指向不同方向而z 轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知（ ）
测量序号
Bx/μT
By/μT
Bz/μT
1
0
21
- 45
2
0
- 20
- 46
3
21
0
- 45
4
- 21
0
- 45
A. 测量地点位于南半球
B. 当地的地磁场大小约为50μT
C. 第2 次测量时y 轴正向指向南方
D. 第3 次测量时y 轴正向指向东方
【答案】BC
【解析】A．如图所示
4
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地球可视为一个磁偶极，磁南极大致指向地理北极附近，磁北极大致指向地理南极附近。通过这两个磁极
的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.3 度的倾斜。由表中z 轴数据可看出z 轴的磁场竖直向下，
则测量地点应位于北半球，A 错误；
B．磁感应强度为矢量，故由表格可看出此处的磁感应强度大致为
计算得
B ≈ 50μT
B 正确；
CD．由选项A 可知测量地
北半球，而北半球地磁场指向北方斜向下，则第2 次测量，测量
，故y
轴指向南方，第3 次测量
，故x 轴指向北方而y 轴则指向西方，C 正确、D 错误。
故选BC。
3．（2024·宁夏省银川一中·一模）特高压直流输电是国家重点能源工程，目前该技术已达世界先进水平，
再次体现了中国速度，惊艳了全世界。如图所示，两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同
的电流I1和I2，已知
。a、b、c 三点连线与两根导线等高并垂直，b 点位于两根导线间的中点，a、c
两点与b 点距离相等，d 点位于b 点正下方。已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度
，k 为比例系数，r 为该点到导线的距离，I 为导线中的电流强度。不考虑地磁场的影响，则（
）
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A. 两输电直导线间因安培力而互相排斥
B. a、c 两点处的磁感应强度大小相等
C. b、d 两点处的磁感应强度大小相等
D. a、c 两点处的磁感应强度方向均竖直向下
【答案】B
【解析】A．两通电直导线电流方向相同，故两输电直导线间因安培力而互相吸引，故A 错误；
BC．由于
，根据安培定则和叠加原理可知，a、c 两点处的磁感应强度大小相等，b 点处的磁感应强
度为0，d 点处的磁感应强度不为0，故b、d 两点处的磁感应强度大小不相等，故B 正确，C 错误；
D．根据安培定则可知，a 点处的磁感应强度方向竖直向下，c 点处的磁感应强度方向竖直向上，故D 错误。
故选B。
4. （2025·山西吕梁市·开学摸底）某同学在学习了奥斯特实验和磁场的相关知识后设计了一个测量微弱磁
场的实验装置。他先把一个可以自由转动的小磁针放在水平桌面上，小磁针静止在南北指向上，然后再将
一长直导线沿南北方向放置在小磁针上方，将导线中通入微弱电流，稳定后小磁针N 极偏转了
角再次处
于静止状态，如图所示，他又从网上查出了小磁针所在地磁场的水平分量大小为
，不考虑磁偏角，则
通电长直导线在小磁针所在处产生磁场的磁感应强度大小和方向分别为（ ）
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A.
，向东
B.
，向西
C.
，向东
D.
，向西
【答案】A
【解析】把一个可以自由转动的小磁针放在水平桌面上，小磁针静止在南北指向上，可知小磁针所在地磁
场的水平分量向北，则通电长直导线在小磁针所在处产生磁场的磁感应强度向东，大小为
故选A。
【考向二：安培力的分析、计算】
1．（2024·陕西省咸阳市·一模）（多选）如图甲所示为利用磁场力来提升导电液体的电磁泵，电磁泵的左
右两侧为两块相同的、间距为的长方形金属薄板，金属板底边长为
，其底部开有高度可忽略的狭缝，
电磁泵的前后两侧为两块相同的绝缘薄板，两金属板间接有直流电源。如图乙所示，足够大的绝缘容器中
装有深度为
的导电液体，电磁泵置于容器中，两金属板间加方向垂直纸面、磁感应强度为
的匀强磁场，
初始时，电源的电压为0，逐渐增大电源的电压，两板间液面缓慢上升（初始时金属板间导电液体液面高
为
）。已知导电液体的密度为
、电阻率为
，重力加速度为
。则（ ）
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A. 两金属板间的匀强磁场方向垂直纸面向里
B. 初始时，两金属板间液体的电阻为
C. 当
时，两板间液面高度乙为
D. 两板间液面从
高度缓慢升高至
高度的过程中，电源消耗的电能等于
【答案】AC
【解析】A．想实现两板间液面上升，导电液体需要受到向上
安培力，由图可知电流方向向右，根据左
手定则可知，所加磁场的方向垂直纸面向里，故A 正确；
B．根据电阻定律可知，初始时两金属板间液体的电阻为
R=
故B 错误；
C．当液面稳定在高度2h 时，两板间液体的电阻为
，则有
当两板间所加电压为U 时，设流过导电液体的电流为
，由欧姆定律可得
外加磁场磁感应强度大小为B 时，设液体所受安培力的大小为F，则有
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两板间液面稳定在高度2h 时，设两板间高出板外液面的液体质量为m，则有
两板间液体受到的安培力与两板间高出板外液面的液体重力平衡，则有
联立以上式子解得
故C 正确；
D．容器足够大，因此容器的液面高度变化忽略不计，根据功能关系可知电源消耗的电能等于液体重力势
能的增加量和焦耳热，而重力势能的增量为
故D 错误；
故选AC。
2．（2024·青海省西宁市大通县·三模）如图所示，导线A、B、C 通以大小、方向均相同的恒定电流，A、
B、C 刚好在正三角形的三个顶点上。若A 对C 的安培力大小为
，则C 受到的安培力合力（ ）
A. 大小为
，方向与AB 连线平行
B. 大小为
，方向与AB 连线垂直
C. 大小为
，方向与AB 连线平行
D. 大小为
，方向与AB 连线垂直
【答案】B
【解析】对C 受力分析如图所示
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C 的合力大小为
方向与AB 连线垂直。
故选B。
【考向三：安培力作用下的平衡问题】
1．（2024·山西省名校联考·二模）如图所示，空间中同一水平面上有两根平行固定的，通有相同电流的长
直导线L1、L2，电流方向均垂直于纸面向外。现将另一根质量为m，长为L 的导线L3平行于L1、L2放置在
二者连线的中垂线上，当给L3通以电流Ⅰ时，其恰好能静止。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（
）
A. L3可能处于导线L1、L2连线
中点
B. L3中电流的方向一定垂直于纸面向里
C. L3中电流的方向一定垂直于纸面向外
D. L3所在位置的磁感应强度大小为
【答案】D
【解析】BC．由安培定则和左手定则可知，通电长直导线之间的安培力的特点是“同向相吸、反向相斥”，
如图所示
由受力分析可知L3中电流的方向可能垂直于纸面向里，也可能垂直于纸面向外，BC 错误；
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A．当L3位于L1、L2连线的中点时，L1、L2对L3的安培力等大反向，L3所受合力大小等于其重力，无法保持
静止，A 错误；
D．由受力平衡
可知L3所在位置的磁感应强度大小为
D 正确。
故选D。
2．（2024·宁夏中卫市·一模）（多选）如图所示，一根长为L、质量为m 且分布均匀的导体ab，在其中点
弯成
角，将此导体放入磁感应强度大小B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，导体两端点悬挂于两相
同的弹簧下端，弹簧均处于竖直状态，当导体中通以电流大小为I 的电流时，两根弹簧都伸长了，已知重
力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A. 导体中电流的方向为a 到b
B. 导体中电流的方向为b 到a
C. 每根弹簧的弹力大小为
D. 每根弹簧的弹力大小为
【答案】AD
【解析】AB．折弯的导体可等效为一根直接从a 到b，长为
的直线导体，当导体中通以电流大小为I 的
电流时，两根弹簧都伸长了，说明导体受到的安培力方向向下，由左手定则可知，电流方向由a 到b，A
正确，B 错误；
CD．由平衡条件可得
解得每根弹簧的弹力大小为
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C 错误，D 正确。
故选AD。
3. （2025·山西省太原市·开学联考）如图所示，水平直导体棒
用绝缘细线悬吊处于静止状态，空间存在
匀强磁场，磁场的方向与竖直方向夹角为
，给导体棒通入方向不变的电流，缓慢增大电流的大小，在导
体棒缓慢向右运动至悬线与磁场平行的过程中，下列判断正确的是（ ）
A. 导体棒中的电流由a 到b
B. 导体棒受到的安培力方向不断变化
C. 悬线对导体棒的拉力不断减小
D. 当悬线与磁场平行时，导体棒受到的安培力为零
【答案】C
【解析】A．根据左手定则可知，导体棒中的电流由
到
，故A 错误；
B．导体棒受到的安培力方向始终垂直于磁场方向，方向保持不变，故B 错误；
C．由相似三角形动态分析可知，悬线对导体棒的拉力不断减小，故C 正确；
D．当悬线与磁场平行时，根据
，安培力不为零，故D 错误。
故选C。
【考向四：安培力作用下的动力学问题】
1．（2024·山西省怀仁一中·三模）近年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推
进技术的世界最高速度纪录，其原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属
棒，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回。已知平行导轨中的电
流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B 与电流I 的关系式为
（k 为常量且已知）。
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回路中的电流
两导轨内侧间距为k，金属棒被推进的距离为
，金属棒的质量为
，不
计任何摩擦与阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 该“电磁撬”的原理为电磁感应
B. 金属棒所在区域的磁场方向为垂直纸面向外
C. 金属棒受到安培力的大小为1N
D. 金属棒从静止开始经过推进后的速度大小为1m/s
【答案】C
【解析】A．根据题意可知，该“电磁撬”的原理为电流的磁效应及磁场对电流的作用力，故A 错误；
B．由安培定则可知，金属棒所在区域的磁场方向为垂直纸面向里，故B 错误；
C．由题意可知，磁感应强度大小
金属棒受到安培力的大小为
故C 正确；
D．金属棒从静止开始经过推进后，根据动能定理可得
解得
故D 错误
故选C。
2．（2024·陕西省教育联盟·一模）2022 年6 月17 日，经中央军委批准，我国第三艘航空母舰命名为“中
国人民解放军海军福建舰”。福建舰是我国完全自主设计建造的第一艘弹射型航空母舰，采用平直通长飞
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行甲板，配置电磁弹射和阻拦装置，满载排水量8 万余吨。舰载作战飞机沿平直跑道起飞过程分为两个阶
段：第一阶段是电磁弹射，电磁弹射区的长度为80m，弹射原理如图乙所示，飞机钩在滑杆上，储能装置
通过导轨和滑杆放电，产生强电流恒为4000A，导轨激发的磁场在两导轨间近似为匀强磁场，磁感应强度
B=10T，在磁场力和飞机发动机推力作用下，滑杆和飞机从静止开始向右加速，在导轨末端飞机与滑杆脱
离，导轨间距为3m；第二阶段在飞机发动机推力的作用下匀加速直线运动达到起飞速度。已知飞机离舰
起飞速度为100m/s，航空母舰的跑道总长为180m，舰载机总质量为
kg，起飞过程中发动机的推
力恒定，弹射过程中及飞机发动机推力下的加速过程，舰载机所受阻力恒为飞机发动机推力的20%，求：
（1）电磁弹射过程电磁推力做的功
（2）飞机发动机推力的大小；
（3）电磁弹射过程，飞机获得的加速度。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
【解析】（1）由题意可知，电磁推力大小
电磁推力做功
（2）设飞机常规推动力的大小为
，对整个过程根据动能定理有
解得
（3）弹射过程，根据牛顿第二定律
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解得
3. （2025·山西省晋中市昔阳中学·12 月月考）电磁炮的简化结构如图，长直金属导轨平行固定于水平面上，
处于竖直向上的匀强磁场中，炮弹固定在金属杆
上可沿导轨滑行且始终接触良好，可控电源提供强电
流经导轨形成回路。若炮弹向右发射过程中阻力恒定，电源电动势及其内阻保持不变，回路总电阻为R，
导轨电阻忽略不计。则（ ）
A. 炮弹一直做匀加速运动
B. 金属杆中的电流由N 流向M
C. 金属杆
两端电压始终不变
D. 电源的总功率先增大再减小
【答案】B
【解析】AB．由题知，炮弹向右发射，则炮弹受到向右的安培力作用，根据左手定则可知，金属杆中的电
流由N 流向M，炮弹的速度向右，根据右手定则，可知金属杆
切割磁感应线，会产生由M 到N 的感
应电流，与可控电源提供的电流方向相反，且从0 开始增大，则回路中的总电流开始变小，故安培力开始
变小，根据牛顿第二定律
可知，加速度不断减小，故炮弹做加速度不断减小的加速运动，故A 错误，B 正确；
C．因回路中的总电流不断减小，根据闭合电路的欧姆定律
可知，金属杆
两端电压不断增大，故C 错误；
D．因回路中的总电流不断减小，根据
可知，电源的总功率不断减小，故D 错误。
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故选B。
4. （2025·陕西省西安中学·一模）将一节五号干电池的负极放在强磁铁上，强磁铁产生磁场的磁感线如图
所示。将一矩形金属框与该电池组成闭合回路，在安培力作用下，线框发生转动，这样就构成一台简易
“电动机”，下列说法正确的是（ ）
A. 图中强磁铁下端为N 极
B. 从上向下看，图中金属框将逆时针转动
C. 调转磁极，再次接入后金属框将反向转动
D. 电池消耗的电能全部转化为金属框的动能
【答案】C
【解析】A．根据磁场的磁感线分布可知强磁铁下端为S 极，A 错误；
B． 由于金属框下方
磁感应强度比上方的大，研究金属框下方的受力情况，根据左手定则可知从上向下
看，图中金属框将顺时针转动，B 错误；
C．调转磁极，安培力方向将反向，故再次接入后金属框转动方向将改变，C 正确；
D．电池消耗的电能一部分转化为金属框的动能，一部分转化为内能，D 错误。
故选C。
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