Question

4．奥斯特实验：（丹麦物理学家奥斯特）如图是奥斯特实验示意图，

（1）比较（a）与（b）可得出的实验结论是电流可以产生磁场．比较（a）与（c）得出的实验结论是：磁场的方向与电流方向有关．
（2）直线电流的磁场：直线电流产生的磁场中，磁感线是以导线为圆心排列的一层一层的同心圆．
小菲同学在课后进行了以下探究：问题：通电圆环（如图丙）内部的磁场如何分布呢？
猜想：可能也符合右手定则．
实验：她连接如图丁所示的电路（外部电路未画出）．
现象：位于圆环中心的小磁针N极垂直纸面向里转动．
根据小菲同学的探究过程，回答下列问题：
（3）通电圆环内部的磁场分布是否符合右手定则？是（选填“是”或“否”）．
（4）如图戊所示，如果把地球看成一个通电圆环，则赤道这一通电圆环的电流方向为由东向西（选填“由西向东”或“由东向西”）
（5）小菲同学的探究实验中，体现了哪些学习科学的思想和方法？BD
A．控制变量法    B．转换法    C．等效替代法     D．逆向思维法．

Answer 1

分析 （1）比较（a）与（b）可发现（a）中电路闭合且有电源，电路中有电流，而（b）中没有电源，电路中没有电流，观察小磁针的变化可知实验结论；同理比较（a）、（c）可得出结论；
（2）由图可知直线电流的磁场形状；根据安培定则关于直导线的磁场判断可得出通电直导线周围的磁场方向与电流方向的关系判断方法；
（3）利用右手定则的内容即可确定通电圆环内部的磁场分布是否符合右手定则；
（4）根据地磁场和右手定则可知赤道这一通电圆环的电流方向；
（5）实验中经常用到的实验方法有控制变量法；转换法；等效替代法；逆向思维法等，注意区分．

解答 解：（1）由图可知，（a）图中的小磁针发生了偏转，说明通电导体产生了磁场；而同样放置的（b）图中，小磁针没有发生偏转，说明（b）图中没有磁场，故说明只有电流周围可以产生磁场；比较（a）、（c）可知，两图中的小磁针的偏转方向发生了变化，故说明电流方向不同，而磁场的方向也发生变化，即磁场的方向与电流方向有关；
（2）由图可知，通电直导线的周围磁场为以导线为圆心的一层层的同心圆；通电直导线的磁场可以由安培定则进行判断：用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场的方向；
（3）伸出右手，大拇指指向电流方向，四指的指向为磁场的方向，因此通电圆环内部的磁场分布符合右手定则；
（4）因此地磁场由南向北，根据右手定则可知，赤道这一通电圆环的电流方向为由东向西；
（5）小菲同学在该探究实验中，将地磁场转换为电流周围磁场来进行探究，体现了转换法的应用；同时根据磁场来确定电流方向体现了逆向思维法的应用．
故答案为：（1）电流可以产生磁场；磁场的方向与电流方向有关；（2）同心圆；（3）是；（4）由东向西；（5）BD．

点评 本题考查奥斯特实验的内容及安培定则的关于直线电流的磁场的判断；应能熟练应用安培定则的三种情况判断其磁场．