Question

15．学习了奥斯特实验后，小军和小民认为：通电的螺线管周围也存在磁场．可是，通电螺线管周围的磁场是什么样的呢？
为此，他们找来器材并连成了图甲所示的实验电路，运用研究磁场的方法来探究通电螺线管外部的磁场．
（1）小军使用小磁针来进行探究．他先在木板上螺线管一端标有黑点的九个位置（图甲） 各放置了一个小磁针．通电后发现这九个小磁针的指向如图乙所示；改变通电电流的方向后，重新实验发现这九个小磁针的指向如图丙所示．
根据小军的实验，可以得出的结论是：
a．通电螺线管外部，中心轴线上各点的磁场方向是相同的；除中心轴线外，通电螺线管外部其他各点的磁场方向是不相同的；
b．通电螺线管外部各点的磁场方向还与电流方向有关．
（2）小民的实验方法是：先在一张白纸中间按照螺线管的大小挖一个孔，然后把孔对准螺线管将白纸铺在木板上，再把细铁屑均匀地洒在白纸上．通电后轻轻敲击木板，发现细铁屑的排列情况如图丁所示；改变通电电流的方向后，重新实验发现细铁屑的排列情况基本没有变化．
根据小民的实验现象，可以得出结论：
通电螺线管外部的磁场与我们学过的条形磁体的磁场相似．
（3）小军和小民对他们的实验结论进行讨论后发现，如果把通电螺线管看做一个磁体，则它的N极和S极的位置是由通电电流的方向决定的．怎样描述通电螺线管中电流的方向与N极位置之间的关系呢？
小军经过反复思考，发现：从通电螺线管的一侧看去，通电螺线管中电流的方向和N极位置的关系与拧电流表上的螺帽时螺帽旋转的方向和螺帽前进方向的关系挺相似的．
小军根据他的上述发现对“通电螺线管中电流的方向与N极位置的关系”的描述是：从通电螺线管的一侧看去，若电流是顺时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的S极，若电流是逆时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的N极．

Answer 1

分析 （1）小磁针在磁场中静止时N极指向与该点的磁场方向一致；通电螺线管外部磁场方向与螺线管中的电流方向和线圈的绕法有关；
（2）通电螺线管的磁场分布与条形磁体相似；
（3）从小军的实验现象分析螺线管的磁极与电流方向关系．

解答 解：
（1）小磁针在磁场中静止时N极指向与该点的磁场方向一致，所以可以直接由通电螺线管周围的这些小磁针的N极指向情况判断．
a．由图乙或丙的九个小磁针静止时N极指向可以看出：通电螺线管外部，中心轴线上各点的磁场方向是相同的；除中心轴线外，通电螺线管外部其他各点的磁场方向是不同的；
b．对比乙和丙图，九个小磁针静止时N极指向恰好相反，说明通电螺线管外部各点的磁场方向还与电流方向有关．
（2）由图丙从铁屑的排列情况可以看出，通电螺线管的磁场分布与条形磁体相似，都是具有两个磁性较强的磁极；
（3）据题目描述“拧电流表上的螺帽时螺帽旋转的方向和螺帽前进方向”，可以想象出顺时针或逆时针旋转，而电流则在螺线管中顺时针或逆时针流动，且两种流动方式导致磁场方向不同，故可以得出结论“从通电螺线管的一侧看去，若电流是顺时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的S极，若电流是逆时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的N极．
故答案为：
（1）a、是不相同；b、电流；（2）条形；（3）从通电螺线管的一侧看去，若电流是顺时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的S极，若电流是逆时针旋转的，则这一侧为通电螺线管的N极．

点评 本题考查了对通电螺线管磁场的探究，知道磁体周围的磁场情况可以由该点的小磁针静止时N极指向来确定是关键．