Question

4．奧斯特實驗：（丹麥物理學家奧斯特）如圖是奧斯特實驗示意圖，

（1）比較（a）與（b）可得出的實驗結論是電流可以產生磁場．比較（a）與（c）得出的實驗結論是：磁場的方向與電流方向有關．
（2）直線電流的磁場：直線電流產生的磁場中，磁感線是以導線為圓心排列的一層一層的同心圓．
小菲同學在課后進行了以下探究：問題：通電圓環（如圖丙）內部的磁場如何分布呢？
猜想：可能也符合右手定則．
實驗：她連接如圖丁所示的電路（外部電路未畫出）．
現象：位于圓環中心的小磁針N極垂直紙面向里轉動．
根據小菲同學的探究過程，回答下列問題：
（3）通電圓環內部的磁場分布是否符合右手定則？是（選填“是”或“否”）．
（4）如圖戊所示，如果把地球看成一個通電圓環，則赤道這一通電圓環的電流方向為由東向西（選填“由西向東”或“由東向西”）
（5）小菲同學的探究實驗中，體現了哪些學習科學的思想和方法？BD
A．控制變量法    B．轉換法    C．等效替代法     D．逆向思維法．

Answer 1

分析 （1）比較（a）與（b）可發現（a）中電路閉合且有電源，電路中有電流，而（b）中沒有電源，電路中沒有電流，觀察小磁針的變化可知實驗結論；同理比較（a）、（c）可得出結論；
（2）由圖可知直線電流的磁場形狀；根據安培定則關于直導線的磁場判斷可得出通電直導線周圍的磁場方向與電流方向的關系判斷方法；
（3）利用右手定則的內容即可確定通電圓環內部的磁場分布是否符合右手定則；
（4）根據地磁場和右手定則可知赤道這一通電圓環的電流方向；
（5）實驗中經常用到的實驗方法有控制變量法；轉換法；等效替代法；逆向思維法等，注意區分．

解答 解：（1）由圖可知，（a）圖中的小磁針發生了偏轉，說明通電導體產生了磁場；而同樣放置的（b）圖中，小磁針沒有發生偏轉，說明（b）圖中沒有磁場，故說明只有電流周圍可以產生磁場；比較（a）、（c）可知，兩圖中的小磁針的偏轉方向發生了變化，故說明電流方向不同，而磁場的方向也發生變化，即磁場的方向與電流方向有關；
（2）由圖可知，通電直導線的周圍磁場為以導線為圓心的一層層的同心圓；通電直導線的磁場可以由安培定則進行判斷：用右手握住直導線，大拇指指向電流方向，四指彎曲的方向即為磁場的方向；
（3）伸出右手，大拇指指向電流方向，四指的指向為磁場的方向，因此通電圓環內部的磁場分布符合右手定則；
（4）因此地磁場由南向北，根據右手定則可知，赤道這一通電圓環的電流方向為由東向西；
（5）小菲同學在該探究實驗中，將地磁場轉換為電流周圍磁場來進行探究，體現了轉換法的應用；同時根據磁場來確定電流方向體現了逆向思維法的應用．
故答案為：（1）電流可以產生磁場；磁場的方向與電流方向有關；（2）同心圓；（3）是；（4）由東向西；（5）BD．

點評 本題考查奧斯特實驗的內容及安培定則的關于直線電流的磁場的判斷；應能熟練應用安培定則的三種情況判斷其磁場．