Question

5．为验证奥斯特实验，小明从实验室借了一枚小磁针．

（1）回家后，他把小磁针放在桌上，发现小磁针静止时总是指向南北方，这是因为小磁针受到地磁场的作用，小磁针指南的一端是S极（选填“S”或“N”）．
（2）接着他把通电的台灯（60W）上的导线移到小磁针的上方，沿南北方向靠近小磁针放置（如图甲），结果发现小磁针并未发生偏转．
带着疑问，小明与同学讨论小磁针不偏转的原因，共有两种猜想．
猜想一：可能是提灯有两根导线，其中的电流方向相反，产生的磁场相互抵消．
猜想二：可能是台灯导线中的电流小，产生的磁场太弱，不足以使小磁针偏转．
接着，它们又设计了如下实验进行探究，如图乙所示，用两节干电池（3V）和一段电阻丝（12Ω）串联，闭合开关后发现小磁针发生了偏转．
①电阻丝中的电流小于（选填“大于”“等于”或“小于”）台灯中的电流，据此可以断定猜想二是错误的．
②该实验中用小磁针的偏转来说明通电导线周围存在磁场，这是采用了下列哪种物理思想方法？答转换法．
③为了能够作出与①中同样的判断，除了用图乙的探究方法外，我们还可以采用怎样的实验方法？请简述你的做法．

Answer 1

分析 （1）地球是一个巨大的条形磁铁，所以其周围的空间存在着磁场，即地磁场，所以会对其周围的磁体产生磁力的作用；当小磁针静止时，其N极指北，S极指南；
（2）①通过公式：I=$\frac{P}{U}$和I=$\frac{U}{R}$，计算台灯导线中的电流和电阻线中的电流进行比较；
②用小磁针的偏转说明磁场的存在，运用的是转换法；
③改变照明电路中的电流，进行实验．

解答 解：
（1）由于地球的周围存在地磁场，所以地球周围任何范围内的小磁针（指南针）都要受到地磁场的作用而指向南北方向；小磁针指南的一端为S极；
（2）①台灯导线中的电流为：I_灯=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{220V}$≈0.27A；
电阻线中的电流为：I_阻=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{12Ω}$=0.25A；
电阻丝中的电流小于台灯中的电流；所以台灯线不能使缝衣针偏转不是由于电流太小引起的，其真正的原因是，台灯是交流电，并行的导线中瞬间的电流方向是相反的，因此产生的磁场相互抵消，因而不会使缝衣针发生偏转；猜想二是错误的；
②磁场是看不见，摸不着的，该实验中用小磁针的偏转来说明通电导线周围存在磁场，这是采用了转换法；
③把台灯换成电功率大的电炉进行实验，观察小磁针是否发生偏转．
故答案为：（1）小磁针受到地磁场的作用；S；（2）①小于；二；②转换法；③把台灯换成电功率大的电炉进行实验，观察小磁针是否发生偏转．

点评 本实验是电磁学中的综合性实验，考查的知识较多，既有转换法的运用，也有控制变量法的研究，是物理学中较典型的实验之一，是我们应该掌握的．