4. 如图14-3-11所示，请根据小磁针（可自由转动）静止时N极的指向标出A处的磁感线方向和电源的正、负极。

图14-3-11

解：
小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向一致，可知螺线管上方磁感线方向向右。
根据磁体外部磁感线总是从N极出发、回到S极，可判断螺线管的左端为N极，右端为S极。
因此A处的磁感线方向从螺线管N极指向S极，即水平向右。
根据安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N极（左端），四指弯曲的方向为线圈中电流的流向，可知电流从螺线管的右端流入、左端流出，由此可得电源的右端为正极，左端为负极。
最终标注：在A点沿水平向右画出箭头表示磁感线方向；电源左侧括号标注“-”（负极），右侧括号标注“+”（正极）。

【分析】
要解决这个问题，需按以下思路推导：首先，小磁针静止时N极的指向等于该点磁感线的方向，由此确定螺线管上方的磁感线方向；其次，磁体外部的磁感线总是从N极出发、回到S极，据此可判断螺线管的磁极；最后，利用安培定则确定电流方向，进而推出电源的正负极，同时明确A处的磁感线方向。
【解析】
1. 小磁针静止时N极的指向为该点磁感线方向，因此螺线管上方磁感线方向向右；
2. 磁体外部磁感线从N极指向S极，结合上方磁感线向右，可判断螺线管左端为N极，右端为S极；
3. 根据安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N极（左端），四指弯曲方向为线圈中电流的流向，由此可知电流从螺线管右端流入、左端流出；
4. 电流从电源正极流出、负极流入，因此电源右端为正极，左端为负极；
5. A处位于螺线管外部，磁感线从N极（左端）指向S极（右端），故A处磁感线方向水平向右。
【答案】
A处沿水平向右画箭头表示磁感线方向；电源左侧括号标注“-”，右侧括号标注“+”。
【知识点】
磁感线、安培定则、磁极判断
【点评】
本题结合小磁针指向考查磁感线特点与安培定则的应用，是电磁学基础题型，核心是通过磁感线方向关联螺线管磁极，再用安培定则推导电源极性，需掌握相关概念的逻辑关系。
【难度系数】
0.5

5. 在通电螺线管左侧放一条形磁体，闭合开关S后，可自由转动的小磁针静止在如图14-3-12所示的位置。请标出电源右侧的极性(标“＋”或“－”)、a点的磁感线方向、小磁针静止时右端的磁极极性(标“N”或“S”)。

图14-3-12

解：
1. 已知左侧条形磁体右端为S极，根据磁体外部磁感线总是从N极指向S极，可得a点的磁感线方向为水平向左（指向条形磁体的S极）。
2. 由磁感线分布规律可判断，通电螺线管的左端为N极，右端为S极。
3. 根据安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向螺线管左端的N极，四指弯曲方向与螺线管中电流方向一致，可知电流从螺线管右端流入、左端流出，因此电源右侧的极性为$+$（正极）。
4. 根据异名磁极相互吸引的规律，小磁针左端为N极，因此小磁针静止时右端的磁极为$\mathrm{S}$。
最终标注结果：
a点磁感线方向：水平向左；
电源右侧括号内填：$+$；
小磁针右端括号内填：$\mathrm{S}$。

【分析】
解题思路：①先根据磁体外部磁感线的规律，确定a点的磁感线方向；②通过磁感线分布判断通电螺线管的磁极；③利用安培定则判断电流方向，进而确定电源的极性；④根据磁极间的相互作用规律，确定小磁针右端的磁极。
【解析】
1. 确定a点的磁感线方向：左侧条形磁体右端为S极，磁体外部的磁感线总是从N极指向S极，因此a点的磁感线指向条形磁体的S极，方向为水平向左。
2. 判断通电螺线管的磁极：由磁感线分布可知，螺线管左端的磁感线指向条形磁体的S极，说明螺线管左端为N极，右端为S极。
3. 确定电源右侧的极性：根据安培定则，右手握住螺线管，大拇指指向螺线管左端的N极，四指弯曲方向与螺线管中电流方向一致，可判断电流从螺线管右端流入、左端流出，因此电源右侧为正极（+）。
4. 确定小磁针右端的磁极：根据磁极间“异名磁极相互吸引”的规律，螺线管右端为S极，会吸引小磁针的左端（N极），因此小磁针静止时右端为S极。
【答案】
a点磁感线方向：水平向左；电源右侧括号内填“+”；小磁针右端括号内填“S”。
【知识点】
磁感线、安培定则、磁极间的相互作用
【点评】
本题综合考查磁现象的核心知识点，需熟练掌握磁感线分布规律、安培定则应用及磁极间的相互作用，解题时需逐步推导，理清各物理量的关联。
【难度系数】
0.5

6. 现有一个通电螺线管，绕线未画出，电源的正、负极未标出。为了防止短路，绕线具有一定的电阻。已知一个可自由转动的小磁针位于螺线管的一端，最终静止时状态如图14-3-13所示，小磁针的上端为N极。要求：
(1)画出绕线(至少三匝)，使它和电源形成闭合回路；标出电源的正、负极。(若有多种情况满足要求，只画一种情况即可)
(2)画一条螺线管周围磁场的磁感线并标出方向。

图14-3-13

解：
(1) 由小磁针静止时上端为N极，可知小磁针所在位置的磁场方向竖直向上，因此通电螺线管的上端为N极，下端为S极。
根据安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N极（竖直向上），四指弯曲的方向即为螺线管中电流的环绕方向。
绕线方式：将电源上方的导线接入螺线管上端，从螺线管上端前侧向左下方向开始绕制，连续绕3匝后，从螺线管下端前侧引出导线接回电源下方的接线端。由此可判断电流从电源下端流出，标注电源下端为正极（+），电源上端为负极（-），即可形成闭合回路。
(2) 在螺线管外部任意位置绘制一条磁感线，磁感线从螺线管上端的N极出发，回到螺线管下端的S极，在磁感线上标注指向S极的箭头即可。

【分析】首先根据小磁针静止时N极的指向确定该点的磁场方向，进而判断出通电螺线管的磁极；再利用安培定则（右手螺旋定则），结合螺线管的磁极确定电流的环绕方向，从而画出绕线并标注电源正负极；最后根据磁感线的特点，画出螺线管外部的磁感线并标注方向。
【解析】(1) 小磁针静止时上端为N极，根据“小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向”，可知螺线管上方的磁场方向竖直向上，因此通电螺线管的上端为N极，下端为S极。根据安培定则：右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N极（竖直向上），四指弯曲的方向即为螺线管中电流的环绕方向。由此确定绕线方式：将电源上方的导线连接到螺线管上端，从螺线管上端前侧向左下绕制至少3匝，再从螺线管下端前侧引出导线连接到电源下方接线端，此时电流从电源下端流出，故电源下端为正极（+），上端为负极（-），形成闭合回路。(2) 在螺线管外部任意位置画一条磁感线，磁感线从螺线管上端的N极出发，指向螺线管下端的S极，在磁感线上标注箭头表示方向。
【答案】(1) 绕线为从螺线管上端前侧向左下绕至少3匝，电源下端为正极、上端为负极；(2) 磁感线从螺线管上端N极出发指向下端S极，标注箭头。
【知识点】安培定则，磁场方向，磁感线
【点评】本题考查安培定则的应用，需掌握小磁针指向与磁场方向的关系，以及安培定则的操作方法，是电磁学的基础题型，注重对基本规律的应用。
【难度系数】0.5

7. 奥斯特实验表明：通电导线周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关。实验时，把导线架在静止小磁针（可自由转动）的上方，并与小磁针平行。小磁针的作用是。若移走小磁针，磁场（选填“依然存在”或“将不存在”）。通电直导线周围磁场的磁感线分布如图14-3-14所示，磁感线是以直导线为中心的一系列，图中小磁针的a端是（选填“N”或“S”）极。

7. 检验磁场的存在并显示磁场的方向 依然存在 同心圆 S

【分析】
首先，小磁针的作用：磁场是看不见、摸不着的，小磁针在磁场中会受磁力作用发生偏转，因此可用来检验磁场的存在并显示磁场的方向；其次，磁场是通电导线周围本身存在的，与是否放置小磁针无关，移走小磁针后磁场依然存在；观察图中磁感线，是以直导线为中心的一系列同心圆；根据安培定则，电流向上时，右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指环绕方向为磁感线方向，图中小磁针处磁感线向右，小磁针N极指向磁感线方向，故b端为N极，a端为S极。
【解析】
1. 小磁针的作用：磁场无法直接观察，小磁针在磁场中受力偏转，因此小磁针的作用是检验磁场的存在并显示磁场的方向；
2. 磁场的存在：磁场是通电导线周围本身具有的物质，与是否存在小磁针无关，所以移走小磁针后，磁场依然存在；
3. 磁感线分布：从图中可看出，通电直导线周围的磁感线是以直导线为中心的一系列同心圆；
4. 小磁针磁极判断：根据安培定则，电流向上时，右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指环绕方向为磁感线方向，图中小磁针所在位置的磁感线方向向右，小磁针的N极指向磁感线方向，因此b端为N极，a端为S极。
【答案】
检验磁场的存在并显示磁场的方向；依然存在；同心圆；S
【知识点】
电流的磁效应；磁场的性质；安培定则
【点评】
本题考查奥斯特实验及电流磁场的基础知识点，涵盖小磁针作用、磁场客观性、磁感线分布和磁极判断，属于基础概念的直接应用，难度较低。
【难度系数】
0.6

8. 如图14-3-15所示，闭合开关，通电螺线管的右端是（选填“N”或“S”）极，此时在水平桌面上的条形磁体仍处于静止状态，条形磁体受到桌面向（选填“左”或“右”）的摩擦力；若将滑动变阻器的滑动头P向下移动，条形磁体受到的摩擦力将（选填“变大”“变小”或“不变”）。

图14-3-15

8. S 左 变小

【分析】
要解答本题，需分三步思考：①利用安培定则判断通电螺线管的磁极，先确定电流方向，再结合绕线方式应用安培定则；②根据磁极间的相互作用判断条形磁体的受力，结合静止状态的受力平衡分析摩擦力方向；③分析滑动变阻器滑片移动对电路电流、螺线管磁性的影响，进而判断摩擦力大小变化。首先确定电源正负极，电流从正极流出经滑动变阻器流入螺线管右端，再从左端流回负极；用安培定则判断螺线管磁极后，结合磁极间的相互作用确定条形磁体的受力，再根据静止时受力平衡推导摩擦力方向；最后根据滑动变阻器的电阻变化分析电流、磁性的变化，结合静摩擦力的特点判断摩擦力大小。
【解析】
1. 判断通电螺线管的磁极：电源长线段为正极，短线段为负极，电流从螺线管右端流入、左端流出。根据安培定则：右手握住螺线管，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向螺线管的N极，由此可判断螺线管的右端为S极。
2. 判断摩擦力方向：螺线管右端为S极，条形磁体左端为S极，同名磁极相互排斥，条形磁体受到向右的排斥力；条形磁体静止，水平方向受力平衡，桌面对条形磁体的摩擦力与排斥力是一对平衡力，方向相反，因此摩擦力向左。
3. 判断摩擦力大小变化：滑动变阻器滑片P向下移动，接入电路的电阻变大，电路中电流变小，螺线管的磁性减弱，对条形磁体的排斥力变小；由于条形磁体始终静止，静摩擦力大小等于排斥力大小，因此摩擦力变小。
【答案】
S；左；变小
【知识点】
安培定则；磁极间的相互作用；静摩擦力
【点评】
本题综合考查电磁学与力学的基础知识点，需要学生掌握安培定则的应用、磁极间的相互作用规律，以及静摩擦力的判断方法，受力分析是解题的关键，属于中等难度的题目。
【难度系数】
0.5

9. 如图14-3-16所示，在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中：

(1)小磁针的作用是。
(2)在螺线管外部A、B两处放置小磁针，闭合开关，发现A处的小磁针发生偏转，而B处的小磁针不偏转，试说明B处的小磁针不偏转的可能原因：。
(说出一条即可)
(3)将电池的正、负极对调，重复上述实验，是为了探究通电螺线管外部磁场的方向与方向的关系。
(4)观察实验现象后，应立即断开开关，是为了。

9. (1) 显示磁场的方向
(2) 小磁针N极的指向与磁场方向相同(合理即可)
(3) 电流
(4) 保护电路，防止螺线管温度过高而受损

【分析】
本题围绕“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验展开，需结合磁场的特点、小磁针的作用、电流对磁场的影响等知识分析各问题：
(1) 磁场是看不见、摸不着的，利用小磁针在磁场中会受力偏转的特性，可将抽象的磁场方向直观呈现，因此小磁针用于显示磁场方向；
(2) 小磁针静止时N极的指向与该处磁场方向一致，若B处小磁针N极原本就指向了螺线管在B处的磁场方向，小磁针就不会发生偏转；
(3) 对调电池正负极会改变电路中的电流方向，通过对比实验可探究通电螺线管外部磁场方向与电流方向的关系；
(4) 螺线管的电阻较小，长时间通电时电流较大，会产生较多热量，易损坏螺线管或电源，因此实验后需断开开关保护电路。
【解析】
(1) 磁场无法直接观察，小磁针在磁场中受力偏转，能直观反映磁场的方向，故小磁针的作用是显示磁场的方向；
(2) 螺线管外部磁场方向由N极指向S极，小磁针静止时N极指向与磁场方向相同，若B处小磁针N极的指向恰好与该处磁场方向一致，小磁针就不会偏转；
(3) 电池正负极对调后，电路中的电流方向发生改变，重复实验是为了探究通电螺线管外部磁场的方向与电流方向的关系；
(4) 长时间通电时，螺线管因电流的热效应会产生大量热量，可能损坏螺线管或电源，立即断开开关是为了保护电路，防止螺线管温度过高而受损。
【答案】
(1) 显示磁场的方向；
(2) 小磁针N极的指向与磁场方向相同（合理即可）；
(3) 电流；
(4) 保护电路，防止螺线管温度过高而受损。
【知识点】
通电螺线管的磁场，磁场的方向，电流的热效应
【点评】
本题是基础实验题，考查了转换法在磁场探究中的应用、通电螺线管磁场方向的影响因素等核心知识点，题目难度较低，适合巩固电磁学基础。
【难度系数】
0.3