Question

14．【實驗名稱】探究通電螺線管外部磁場特點
【實驗猜想】小明同學作出以下猜想：
猜想A：通電螺線管外部磁場方向可能與電流方向有關；
猜想B：通電螺線管外部磁場方向可能與螺線管的繞線方向有關；
猜想C：通電螺線管外部磁場強弱可能與電流大小有關，電流越大，他們的磁性越強．
【設計實驗并進行實驗】為了檢驗上述猜想是否正確，小明所在實驗小組通過交流與合作設計了以下實驗方案：
小明將許多小磁針放在通電螺線管周圍的不同位置，接通電路后觀察各小磁針靜止時的指向（小磁針上涂黑的是N級），然后根據(jù)小磁針指向，畫出了螺線管周圍的磁感線．如圖甲所示．

【分析與論證】
根據(jù)小明的猜想和實驗，完成下面填空：
（1）可通過觀察小磁針靜止時N極的指向判斷磁極．
（2）觀察圖甲和圖乙發(fā)現(xiàn)，通電螺線管外部的磁場分布與條形磁體的磁場十分相似，后來，小明對調電源正負極重新實驗，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時N極指向都與原來相反，這說明通電螺線管的磁場方向與電流方向有關．
【交流與評估】
（3）如果要探究“通電螺線管磁場強弱與電流大小的關系”，應在圖乙所示電路的基礎上做怎樣的改進？
再在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器．

Answer 1

分析 （1）螺線管的極性可通過電磁針的指向來進行判斷；
（2）條形磁體周圍磁感線的形狀是紡錘形的，根據(jù)圖b所示的通電螺線管周圍磁感線的形狀，兩者聯(lián)系起來，可以得到此題的答案．
通電螺線管周圍磁場的方向與電流方向和線圈的繞向這兩個因素有關，若只改變其中的一個，磁場方向發(fā)生改變；若兩個因素同時改變，磁場方向不變．
（3）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）讀圖可知，在螺線管旁有許多小磁針，我們可以通過觀察小磁針靜止時N極的指向，來判斷螺線管的極性；
（2）根據(jù)圖示的通電螺線管周圍的小磁針的排布情況和螺線管周圍磁感線的形狀，可以確定通電螺線管周圍磁感線的形狀是紡錘形的，這與條形磁體周圍磁場分布相似．
小明改變電源的正負極后，螺線管中的電流方向發(fā)生了改變，小磁針的N極指向與原來相反，說明磁場的方向相反，由此可以確定，螺線管磁場的方向與電流方向有關．
（3）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�。�
故答案為：（1）小磁針靜止時N極的指向；（2）條形；電流方向；（3）再在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器．

點評 （1）通過螺線管周圍小磁針的北極指向確定了螺線管周圍的磁場方向，再利用建立模型法畫出了其周圍的磁感線形狀．與學過的條形、蹄形磁體周圍磁感線的形狀對比即可解決此題．
（2）此題中在探究螺線管的磁場分布時用到了建立模型法；在探究其磁場方向和磁場強弱時用到了控制變量法和轉換法．