探究条形磁铁从中间断开以后不能在断处按照原状重新吸引的原因.doc

探究条形磁铁从中间断开以后不能在断处按照原状重新吸引的原因张玄同 091120198张益飞 091120200 物理学系4班实验目的：探究条形磁铁从中间断开以后为什么不能在断处按照原状重新吸引。条形磁铁是一个长条形的磁体，磁感应分布我们已经明知了。所以，我们可以画出任何一个条形磁体的磁感应线。可以看出，条形磁体的两端分别是N极和S极，由于磁感线在磁体外部是从N极出发，指向S极，所以在条形磁体外部，磁感应线的分布是一条条从N极指向S极的曲线。同时，这是一个立体的图形，磁感应线的分布应该是立体的，在每个以N极S极连线为轴的平面里的图形都是相同的。从我们学过的知识中分析，条形磁体在中间断开以后，断开处两边形成的应该是不同的磁极，而不同应该遵照“异性相吸”的准则而相互吸引，无论是否按照原状。可是，在日常的生活实践中我们发现，断开后的条形磁铁并不能按照原状再次吸引，只有在其中一部分绕原来的轴翻转180之后才能相互吸引，这是为什么呢？实验设计：首先，我们提出了两个简单直观的实验方法：方法一：利用磁感应强度测量仪来测量断开以后磁感应强度的分布情况。将断开后的磁体的各个部分的磁感应强度的分布矢量进行测量，作出磁感应分布线，然后通过磁感应分布来判断磁体为什么会排斥。缺点：对仪器的要求比较高。方法二：利用铁粉，直观而定性的观察磁场的分布。具体方法：将磁体置于实验桌（无磁性）上，通过将铁粉均匀的洒在一个玻璃板上，将玻璃板固定在一个确定的高度，轻轻的震动玻璃板，这样玻璃板上的铁粉会显示出磁铁的磁感应分布。多次在不同高度进行如上操作，便能够清晰的展现出各个高度的磁感应在这个平面上的分布。缺点：只能展现每个截面的磁感应分布，不能表现出整个空间内的磁场分布。操作复杂，不便于实施。在进一步的思考后，我们得出一条结论，我们可以只测量断裂处附近的磁场，其他部分由于距离较远磁力作用较弱应该是可以忽略的。所以进一步设计出如下的实验：只使用一个吊起来的很小而不能改变原磁场分布的小磁针，将断裂处的磁体靠近磁针。通过改变磁体指向磁针的部分，通过小磁针的指向来确定磁场分布。再次做进一步思考，我们发现，由于两个断开的部分必须将其中一方翻转180以后才能够重新相互吸引，我们其实可以认为是磁体不同面的磁场分布不同而导致相互排斥。所以实验可以进一步简化：只需通过如上的办法测量断裂处上方和下方的磁场分布即可。综上，我们的实验方法如下：取一个很小且自身磁性不能改变原磁体的磁场分布的小磁针吊在极细的轻绳子上。把磁体断裂处指向小磁针进行测量。主要测量磁体断裂处上下两面的磁场方向分布。多次测量以后，可以粗略绘出断裂处部分的磁场分布状况，由此可以判断为什么断裂后相互排斥。如下图：实验表格：左右左右左右左右0304560图像（标出N和S）实验思考：其实我们也可以通过理论推导的方法来考虑这个问题。首先，如果不是猛烈敲打，磁铁内部的分子环形电流的排序是不会被破坏的。所以断开时，磁性不会消失。那么，磁体的磁极应该是随着磁铁的形状和体积的改变而改变。而实际上，磁铁在垂直与上下两侧，也各有不同磁极，断开后更加明显了。那么断开以后上下本来相同的磁极就会相互排斥，而将磁体翻转，就可以使垂直和上下两面都产生相互吸引的效应。这样就能够吸引了。1这引起了我们的一个疑问，如果不是条形磁铁呢？其实，环形的磁体本身就是上下两面为磁极，将它断开成两个半圆形的磁体的时候，可以很简单的推出它们两个相互排斥。这样，我们可以想象一个半径非常巨大的环形磁体，我们可以取他其中很小的一段，这样，很小的一段就可以近似看成是一个条形磁铁。这时