Question

如圖（a）所示是“探究通電螺線管外部磁場特點”的實驗，小明將許多小磁針放在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極）．然后根據小磁針指向，畫出了螺線管周圍的磁感線，如圖（b）所示．

（1）觀察圖（a）和（b）發現，通電螺線管外部的磁場分布與______磁體的磁場十分相似．后來，小明對調電源正負極重新實驗，發現小磁針靜止時N極指向都與原來相反，這說明通電螺線管的磁場方向與______有關．
（2）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（a）所示電路的基礎上做怎樣的改進？答：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）條形磁體周圍磁感線的形狀是紡錘形的，根據圖b所示的通電螺線管周圍磁感線的形狀，兩者聯系起來，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，磁場方向發生改變；若兩個因素同時改變，磁場方向不變．
（2）螺線管的磁性強弱與螺線管中的電流大小、線圈匝數、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）根據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．
（2）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）條形；電流方向．（2）再在電路中串聯一個滑動變阻器．
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．