Question

14．【实验名称】探究通电螺线管外部磁场特点
【实验猜想】小明同学作出以下猜想：
猜想A：通电螺线管外部磁场方向可能与电流方向有关；
猜想B：通电螺线管外部磁场方向可能与螺线管的绕线方向有关；
猜想C：通电螺线管外部磁场强弱可能与电流大小有关，电流越大，他们的磁性越强．
【设计实验并进行实验】为了检验上述猜想是否正确，小明所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：
小明将许多小磁针放在通电螺线管周围的不同位置，接通电路后观察各小磁针静止时的指向（小磁针上涂黑的是N级），然后根据小磁针指向，画出了螺线管周围的磁感线．如图甲所示．

【分析与论证】
根据小明的猜想和实验，完成下面填空：
（1）可通过观察小磁针静止时N极的指向判断磁极．
（2）观察图甲和图乙发现，通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体的磁场十分相似，后来，小明对调电源正负极重新实验，发现小磁针静止时N极指向都与原来相反，这说明通电螺线管的磁场方向与电流方向有关．
【交流与评估】
（3）如果要探究“通电螺线管磁场强弱与电流大小的关系”，应在图乙所示电路的基础上做怎样的改进？
再在电路中串联一个滑动变阻器．

Answer 1

分析 （1）螺线管的极性可通过电磁针的指向来进行判断；
（2）条形磁体周围磁感线的形状是纺锤形的，根据图b所示的通电螺线管周围磁感线的形状，两者联系起来，可以得到此题的答案．
通电螺线管周围磁场的方向与电流方向和线圈的绕向这两个因素有关，若只改变其中的一个，磁场方向发生改变；若两个因素同时改变，磁场方向不变．
（3）螺线管的磁性强弱与螺线管中的电流大小、线圈匝数、螺线管中是否插入铁芯有关．要探究螺线管的磁场强弱与电流大小的关系，就要控制线圈匝数和螺线管中是否插入铁芯的情况相同，改变螺线管中电流的大小，结合滑动变阻器的作用，可以得到此题的答案．

解答 解：（1）读图可知，在螺线管旁有许多小磁针，我们可以通过观察小磁针静止时N极的指向，来判断螺线管的极性；
（2）根据图示的通电螺线管周围的小磁针的排布情况和螺线管周围磁感线的形状，可以确定通电螺线管周围磁感线的形状是纺锤形的，这与条形磁体周围磁场分布相似．
小明改变电源的正负极后，螺线管中的电流方向发生了改变，小磁针的N极指向与原来相反，说明磁场的方向相反，由此可以确定，螺线管磁场的方向与电流方向有关．
（3）要探究螺线管的磁场强弱与电流大小的关系，就要改变螺线管中的电流大小，而在原电路中，电流的大小是无法改变的，因此要在电路中再串联入一个滑动变阻器即可，因为滑动变阻器可以通过改变其接入电路的电阻的大小来改变电路中的电流大小．
故答案为：（1）小磁针静止时N极的指向；（2）条形；电流方向；（3）再在电路中串联一个滑动变阻器．

点评 （1）通过螺线管周围小磁针的北极指向确定了螺线管周围的磁场方向，再利用建立模型法画出了其周围的磁感线形状．与学过的条形、蹄形磁体周围磁感线的形状对比即可解决此题．
（2）此题中在探究螺线管的磁场分布时用到了建立模型法；在探究其磁场方向和磁场强弱时用到了控制变量法和转换法．