通电螺线管磁性强弱实验的探索

精品文档-下载后可编辑通电螺线管磁性强弱实验的探索在初中物理电流的磁场这一节中，提出通电螺线管有磁性。通电螺线管中线圈匝数增多，磁性增强，通电螺线管中电流增大，磁性增强，在通电螺线管中插入铁芯，磁性大大增强。课本中对此的演示实验，在理论上可以达到预期效果，但在实际操作中，由于一些主客观因素，往往难以做到预期效果。现对此作如下探索和改进：

1对原演示实验的分析

①如图1所示，原演示实验的器材。电流表、线圈、电键、弹簧、挂码，滑动变阻器、导线。

②具体操作情况及原因分析

该演示实验在具体操作过程中，很难达预期效果，弹簧并没有出现预期当中的拉长、再次拉长、又明显拉长和进一步拉长。在大多数的操作中，出现的情况是：要么弹簧感觉不到被拉长，要么在增加线圈匝数、加大电流、插入铁芯后，挂码一下子被线圈吸住。

原因分析：

（1）该实验对弹簧的弹性要求高，弹力太强或太弱均不行，而要选择弹性适当的弹簧则较困难。

（2）弹簧悬挂的高度要求很高，太高、太低均不行。

（3）改变线圈匝数时，一般只用大、小两个线圈，而两个线圈匝数差别太多。

（4）通过滑动变阻器来加大电流时，由于电流增加的不稳定，也会出现上述结果。

(5)最关键的问题是：在通电螺线管产生的磁场中，场中各点的能量密度正比于各该点磁感应强度的平方，这也就意味着：通电螺线管对挂码的吸引力，并不仅仅是随着距离的减小简单地呈常数关系的反比增加，而是呈平方比增加，从而导致一旦出现挂码被吸引、弹簧被拉长的现象后，挂码就会一下子被线圈吸住。

2对新演示实验的探索

①实验设计思路

（1）针对原演示实验中存在的设计与操作的缺憾，优化设计方案，改进实验装置，提高演示实验效果。

（2）克服上述原因分析中提出的问题，利用杠杆原理，通过弹簧秤的读数变化，在固定距离下研究通电螺线管磁性强弱的变化。

（3）利用磁性“同性相斥”的原理，设计实验装置。

②仪器装置及说明

（一）利用杠杆原理的实验装置

如图2所示，在杠杆的左端用棉线挂一钩码，在杠杆的右端等距离处用棉线挂一弹簧秤。通过棉线调节钩码与线圈的距离，距离控制在2cm左右，如果距离太大，就会影响演示实验的效果，距离太小，在操作上会带来一些不便。弹簧秤另一头用手拉住，在实验过程中要控制杠杆始终保持平衡。

（二）利用磁性“同性相斥”原理的实验装置

如图3所示,把实验思路改为“同性相斥”：取一枚钮扣状磁铁和一截木棍，把磁铁的磁极与通电螺线管磁极相反的一面固定在木棍底部，这样就造成磁铁的磁极与通电螺线管磁极相同的面相向，把此实验装置放入量筒内，注入水，量筒用铁架台固定。

用此实验装置还有一关键之处：木棍与磁铁的平均密度要略大于水的密度（目的是当磁铁受到斥力时能较容易浮起）

③操作步骤及现象

①利用杠杆原理的实验

（1）按图2所示组装好实验装置。弹簧秤读数为F1。

（2）合上电键，由于通电螺线管产生的磁场，弹簧秤读数为F2，F2>F1。

（3）线圈匝数增加后，再合上电键，弹簧秤读数为F3，F3>F2>F1。

（4）利用滑线变阻器逐步加大电流，弹簧秤读数为F4，F4>F3>F2>F1。

（5）在通电螺线管内插入铁芯之后，弹簧秤读数为F5，F5>F4>F3>F2>F1。

②磁性“同性相斥”原理的实验

（1）按图3所示组装好实验装置。

（2）合上电键，由于通电螺线管产生的磁场的磁极和它相向的磁铁的磁极相同，造成同性相斥，使得试管内的木棍浮起一定高度。

（3）线圈匝数增加后，再合上电键，结果发现试管内的木棍浮得更高。

（4）利用滑动变阻器逐步加大电流，结果发现试管内的木棍随着电流的增加又缓缓上升。

（5）在通电螺线管内插入铁芯之后，发现试管