實(shí)驗(yàn)11 探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向（解析版）

實(shí)驗(yàn)11探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向1．【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的分布規(guī)律。（2）探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向跟哪些因素有關(guān)。2．【實(shí)驗(yàn)器材】通電螺線管磁場(chǎng)演示器、條形磁體、菱形小磁針(2個(gè))、鐵屑、干電池、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線若干等?！緦?shí)驗(yàn)原理】電流的磁效應(yīng)。【實(shí)驗(yàn)電路】5.【實(shí)驗(yàn)步驟】（1）開關(guān)斷開，按如圖所示連接電路。（2）在通電螺線管的兩端各放一個(gè)小磁針，并在螺線管的周圍均勻撒鐵屑。（3）閉合開關(guān)，觀察小磁針的指向，輕敲面板，觀察鐵屑的排列情況。（4）斷開開關(guān)，在條形磁體的兩端各放一個(gè)小磁針，觀察小磁針的指向，并在條形磁體的周圍均勻撒鐵屑，輕敲面板后，觀察鐵屑的排列情況。（5）閉合開關(guān)，觀察并記下螺線管兩端小磁針N極的指向。（6）斷開開關(guān)，改變電流方向，觀察并記下螺線管兩端小磁針N極的指向。（7）斷開開關(guān)，保持電流方向不變，改變螺線管繞線方法，觀察并記下螺線管兩端小磁針N極的指向。6.【實(shí)驗(yàn)表格】實(shí)驗(yàn)次數(shù)螺線管繞法螺線管中電流方向螺線管兩端小磁針N極的指向左端右端1A2A3B4B7.【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】（1）通電螺線管外部的磁場(chǎng)和條形磁體周圍的磁場(chǎng)相似。（2）通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向跟電流方向和螺線管的繞法有關(guān)。8．【注意事項(xiàng)】（1）連接電路時(shí)，開關(guān)要斷開。（2）可以把電源電壓調(diào)高些，確保電路中電流較大，效果更明顯。1.實(shí)驗(yàn)中小磁場(chǎng)和細(xì)鐵屑的作用：（1）細(xì)鐵屑：形象的反映磁場(chǎng)的分布情況。（2）小磁針：顯示磁場(chǎng)方向或磁體的磁極。2.實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。（1）在研究螺線管南北磁極與電流方向的關(guān)系時(shí)，要控制螺線管繞法不變。（2）在研究螺線管南北磁極與螺線管繞法的關(guān)系時(shí)，要控制電流方向不變。3.實(shí)驗(yàn)中如何使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯：通過調(diào)高電源電壓的方法，增大電流，從而增強(qiáng)螺線管的磁性。4.安培定則中的“一手兩向”：“一手”：用右手握住螺線管?！皟上颉保簭澢乃闹阜较?------電流方向；大拇指指向------------螺線管N極。5.運(yùn)用安培定則?？嫉娜愵}：（1）已知電流方向，判斷螺線管N、S極；（2）已知螺線管N、S極，判斷電流方向；（3）已知電流方向和螺線管N、S極，完成螺線管繞線?！镜淅?】電與磁的探究(1)如圖是小明在研究電與磁知識(shí)時(shí)做的實(shí)驗(yàn)：圖甲、乙說明了電流周圍存在 ，圖甲、丙說明了.小明由此推測(cè):若電子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí)，如圖丁所示，小磁針也將發(fā)生偏轉(zhuǎn).他推測(cè)的主要依據(jù)是電荷 會(huì)形成電流.你認(rèn)為圖丁中小磁針的偏轉(zhuǎn)情況會(huì)與實(shí)驗(yàn) (填“甲”或“丙”)中小磁針的偏轉(zhuǎn)方向相同.在“探究通電螺線管外部磁場(chǎng)方向”實(shí)驗(yàn)中，在圖戊所示的螺線管周圍不同位置放一些小磁針，閉合開關(guān)，觀察各個(gè)小磁針的指向.此實(shí)驗(yàn)中小磁針的作用是 ，為了使探究結(jié)果更精確，小磁針應(yīng) (填“多一些”或“少一些”）；把電池正負(fù)極對(duì)調(diào)，閉合幵關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)小磁針 ，此現(xiàn)象說明 .答案：(1)磁場(chǎng);通電導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的方向與電流的方向有關(guān)(2)定向移動(dòng);甲（3)指示磁場(chǎng)方向;多一些;指示磁場(chǎng)方向改變;通電螺線管外部磁場(chǎng)方向和電流方向有關(guān)【典例2】在“探究通電螺線管外部的磁場(chǎng)分布”的實(shí)驗(yàn)中：(1)為使磁場(chǎng)加強(qiáng)，可以在螺線管中插入一根棒(填“鐵”或“鋼”)。(2)把小磁針放到螺線管四周不同位置，螺線管通電后記錄小磁針 極的方向，這個(gè)方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(3)根據(jù)圖甲、乙、丙記錄的小磁針指向，可以得出：通電螺線管外部的磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)相似。(4)如果丙和丁兩個(gè)螺線管同時(shí)通電，則這兩個(gè)螺線管之間會(huì)相互 (填“吸引”或“排斥”)。答案：(1)鐵(2)N(3)條形(4)吸引解析：(1)通電螺線管中插入鐵棒后，鐵棒被通電螺線管的磁場(chǎng)磁化，磁化后的鐵棒也變成了一個(gè)磁體，這樣由于兩個(gè)磁場(chǎng)互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)，鋼棒被磁化后磁性不會(huì)消失，斷電后仍有磁性，不宜選用。(2)小磁針靜止時(shí)N極所指的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向，故需要記錄小磁針N極的方向。(3)通電螺線管外部磁感線也是從N極指向S極，故通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。(4)由圖可知，丙和丁兩個(gè)螺線管的繞線和電流方向均相同，根據(jù)安培定則可知，丁螺線管的左端為N極，丙的右端為S極，異名磁極相互吸引，所以這兩個(gè)螺線管之間會(huì)相互吸引?！緦?duì)點(diǎn)1】實(shí)驗(yàn)室備有嵌入螺線管的玻璃板和電源，小明和小亮分別選用鐵屑和小磁針來“探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向”。（1）小明在螺線管周圍的玻璃板上均勻地撒上一層鐵屑。給螺線管通電后，輕敲玻璃板，小明觀察到螺線管周圍鐵屑的分布情況如圖甲所示。小明的實(shí)驗(yàn)說明，通電螺線管外部的磁場(chǎng)和_________外部的磁場(chǎng)相似；（2）小亮在螺線管周圍的玻璃板上整齊、均勻地放置了32個(gè)小磁針，如圖乙所示。給螺線管通電后，小亮觀察到這32個(gè)小磁針的指向更接近于下圖中的_________。A. B.C. D.（3）小明的實(shí)驗(yàn)方案具有明顯的不足，其不足之處是_________；（4）為了彌補(bǔ)小明實(shí)驗(yàn)方案的不足，請(qǐng)?zhí)岢鲆粭l改進(jìn)建議：_________。答案：（1）條形磁體（2）B（3）無法判斷出（通電螺線管外部）磁場(chǎng)的方向（4）增加小磁針解析：（1）通電后小磁針的指向如圖甲所示，說明通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)相似；（2）在圖中，根據(jù)周圍小磁針N極指向與該點(diǎn)磁感線方向一致，在通電螺線管外部，磁感線是從北極發(fā)出，最后回到南極，只有B圖所示小磁針N極指向一致，左側(cè)小磁針N極都指向外側(cè)，右側(cè)小磁針N極都指向內(nèi)側(cè)，其它三個(gè)圖示小磁針N極指向均有不同方向之處；（3）根據(jù)安培定則，右手握住螺線管，四指指向電流的方向，大拇指指向螺線管的那一端，是電磁鐵N極，另一端為S極；但此方案中無法從圖示判斷出電流的方向確定四指指向，且鐵屑靜止時(shí)也不能夠通過鐵屑的分布判斷通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向，故無法判斷出通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向；（4）根據(jù)周圍小磁針N極指向與該點(diǎn)磁感線方向一致，在通電螺線管外部，磁感線是從北極發(fā)出，最后回到南極，小磁針與鐵屑相比，能更好地顯示出各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，增加小磁針，把小磁針放到螺線管四周不同位置，螺線管通電后，小磁針N極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。1、（2022河南）在探究通電螺線管外部磁場(chǎng)方向的實(shí)驗(yàn)中：（1）在裝有螺線管的硬紙板上均勻撒滿鐵屑，通電后鐵屑分布無明顯變化，這時(shí)需_______紙板，觀察到鐵屑排列成如圖所示的形狀?？梢姡娐菥€管外部磁場(chǎng)與______磁體的磁場(chǎng)相似。（2）用小磁針探究磁場(chǎng)方向時(shí)，發(fā)現(xiàn)小磁針沒有標(biāo)N、S極，請(qǐng)寫出一種判斷小磁針N、S極的做法：_______。（3）對(duì)調(diào)螺線管所接電源正、負(fù)極，周圍小磁針的指向也隨之對(duì)調(diào)，說明通電螺線管的極性與螺線管中電流的_______有關(guān)。答案：（1）輕敲；條形（2）將小磁針放在桌面上，靜止時(shí)指南的一端為S極，另一端為N極（或用條形磁鐵的N極靠近小磁針的一端，相吸的為S極，相斥的為N極）（3）方向解析：（1）為了減小鐵屑與硬紙板間的摩擦，應(yīng)輕敲紙板，利用鐵屑具有慣性而使鐵屑與硬紙板短暫分開，使鐵屑在磁場(chǎng)力的作用下有規(guī)則地排列；由題圖中鐵屑的排列特點(diǎn)可知，通電螺線管外部磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)相似.（2）判斷小磁針磁極的方法有多種，可以利用磁體在地磁場(chǎng)中的指向性，也可以利用磁極間相互作用的規(guī)律.（3）對(duì)調(diào)螺線管所接電源的正、負(fù)極，則螺線管中的電流方向發(fā)生改變，發(fā)現(xiàn)此時(shí)通電螺線管周圍小磁針的指向也隨之對(duì)調(diào)，這說明通電螺線管的磁場(chǎng)方向與螺線管中的電流方向有關(guān).2、（2023四川）圖為“探究通電螺線管外部磁場(chǎng)方向”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）閉合開關(guān)前，把小磁針放在水平桌面上，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時(shí)總是指向南北方向，這是因?yàn)開_______。（2）閉合開關(guān)后，豎直懸掛的小鐵球向右運(yùn)動(dòng)，這說明通電螺線管周圍存在________；同時(shí)發(fā)現(xiàn)小磁針的N極與通電螺線管的右端相互________。（3）將小鐵球換成小鋁球，閉合開關(guān)后，小鋁球?qū)_______。（選填“向右運(yùn)動(dòng)”“向左運(yùn)動(dòng)”或“保持靜止”）（4）為了探究通電螺線管周圍磁場(chǎng)強(qiáng)弱與電流大小是否有關(guān)，可在電路中串聯(lián)一個(gè)________（填電學(xué)元件）。（5）為了探究通電螺線管周圍磁場(chǎng)方向與電流方向是否有關(guān)，寫出一種操作方法：________。答案：（1）小磁針受到地磁場(chǎng)的作用（2）磁場(chǎng)；吸引（3）保持靜止（4）滑動(dòng)變阻器（或電阻箱）（5）只對(duì)調(diào)電源正負(fù)極，觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)情況（或只改變螺線管中線圈繞線的方向，觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)情況）解析：（1）由于地球的周圍存在地磁場(chǎng)，所以地球周圍任何范圍內(nèi)的小磁針（指南針）都要受到地磁場(chǎng)的作用而指向南北方向；（2）閉合開關(guān)后，豎直懸掛的小鐵球向右運(yùn)動(dòng)，這說明通電螺線管周圍存在磁場(chǎng)；由圖知，電流從螺線管的右端流入