Question

14．如圖所示，小明和同學們一起探究通電螺線管外部磁場的方向．
（1）磁場看不見、摸不著，根據(jù)小磁針靜止時北極的指向就可以判斷通電螺線管周圍各點的磁場方向，這種研究方法叫轉換法．
（2）將小磁針放在螺線管周圍的不同位置，記錄下若干點的磁場方向，接著畫出通過螺線管外部的磁感線，觀察其形狀和分布情況可知通電螺線管的外部磁場與條形磁鐵類似，如圖所示，螺線管的左側為S極，（小磁針黑端為N極）．
（3）如果只調換電池的正、負極，將發(fā)現(xiàn)在螺線管外部同一位置小磁針的指向相反．
（4）另一小組在活動時，螺線管恰好呈南北走向擺放，閉合開關后，小磁針的指向沒有發(fā)生變化，經(jīng)檢查，電路完好，各種器材規(guī)格均符合要求．那么你認為小磁針指向不變的原因是小磁針南極的受力方向恰好與通電螺線管磁場的方向一致．
【交流與評估】
（5）如果要探究“通電螺線管磁場強弱與電流大小的關系”，應圖乙所示電路的基礎上做怎樣的改進？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)我們對磁場中方向的規(guī)定可判斷是否可利用電磁針來判斷磁場的方向，物理學中對于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認識或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉換法．
（2）磁感線是為了研究磁場方便而假設的一些物理模型，通電螺線管的磁場分布與條形磁體相似；根據(jù)磁極間的相互作用可知螺線管的左側極性；
（3）螺線管的磁場的方向與電流方向有關；
（4）地球的周圍存在磁場，叫地磁場．
（5）螺線管的磁性強弱與螺線管中的電流大小、線圈匝數(shù)、螺線管中是否插入鐵芯有關．要探究螺線管的磁場強弱與電流大小的關系，就要控制線圈匝數(shù)和螺線管中是否插入鐵芯的情況相同，改變螺線管中電流的大小，結合滑動變阻器的作用，可以得到此題的答案．

解答 解：（1）磁場的方向是這樣規(guī)定的：放在磁場中某點的小磁針，靜止時北極所指的方向就是該點的磁場方向．因此，利用放在磁體周圍小磁針自由靜止時的指向，可以判斷該磁體周圍各點的磁場方向．磁場看不見，摸不著，我們可以根據(jù)它對放入其中的小磁針產生磁力作用的現(xiàn)象來認識它，這利用的是轉換法；
（2）根據(jù)各點小磁針的指向畫出的曲線叫磁感線，它實際上是不存在的，是為了研究磁場方便而假設的物理模型，
由題意可知，螺線管的兩端磁性較強，中間磁性較弱，這與條形磁體的磁場分布相類似；
由圖可知，小磁針左端為N極，由磁極間的相互作用可知，螺線管的左側為S極，
（3）如果只調換電池的正負極，則螺線管中的電流方向相反，故磁場的方向相反，小磁針的指向相反；
（4）電路完好，各種器材規(guī)格均符合要求，螺線管恰好呈南北走向擺放，閉合開關后，小磁針的指向沒有發(fā)生變化，是因為通電螺線管的磁場恰好與地磁場的方向一致，使小磁針南極的受力方向恰好與通電螺線管磁場的方向一致．
（5）要探究螺線管的磁場強弱與電流大小的關系，就要改變螺線管中的電流大小，而在原電路中，電流的大小是無法改變的，因此要在電路中再串聯(lián)入一個滑動變阻器即可，因為滑動變阻器可以通過改變其接入電路的電阻的大小來改變電路中的電流大小
故答案為：（1）靜止時北極的指向；轉換；（2）磁感線；條形磁鐵；S；（3）相反；（4）小磁針南極的受力方向恰好與通電螺線管磁場的方向一致；（5）再在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器．

點評 本題把磁極間的作用、滑動變阻器的使用、螺線管磁性強弱的影響因素有機的結合起來．綜合性很強，是一個好題．本實驗中，既有轉換法的運用，也有模型法的研究，是物理學中較典型的實驗之一，是我們應該掌握的．