
帶電太陽(yáng)風(fēng)粒子被地球磁場(chǎng)吸到北極與大氣層作用,從而形成了北極光。
磁場(chǎng)能使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng),這使得小聰和小明感到物質(zhì)世界的奇妙。但他們又想,什么樣的物體周圍才會(huì)有磁場(chǎng)呢?為了探究這一問(wèn)題,他們決定首先通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收集“磁場(chǎng)”的信息,然后制訂實(shí)驗(yàn)探究計(jì)劃。
我們所處的是一個(gè)信息化的社會(huì),互聯(lián)網(wǎng)已成為科學(xué)研究的重要交流平臺(tái),利用互聯(lián)網(wǎng)收集信息、交流信息也是科學(xué)探究的重要形式。
1820年4月的一天,丹麥物理學(xué)家奧斯特(Oersted 1777-1851)在課堂上演示物理實(shí)驗(yàn),當(dāng)他給導(dǎo)線通電時(shí),導(dǎo)線附近的小磁針發(fā)生輕微的偏轉(zhuǎn)?!巴?,電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)!”
與小磁針指向平行的直導(dǎo)線,通過(guò)電流,小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)。
與小磁針指向平行的直導(dǎo)線,通過(guò)電流,小磁針指向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)。
與小磁針指向平行的直導(dǎo)線,改變通過(guò)電流方向,小磁針偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,磁感線是以導(dǎo)線為圓心的同心圓。
奧斯特的發(fā)現(xiàn),揭示了電與磁的聯(lián)系,打開了電磁學(xué)領(lǐng)域的一扇大門,使人類對(duì)磁與電現(xiàn)象的研究進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。
奧斯特的發(fā)現(xiàn)激勵(lì)了科學(xué)家的探索熱情。他們讓電流通過(guò)各種形狀的導(dǎo)線,研究電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),其中,用導(dǎo)線繞成通電螺線管,應(yīng)用非常廣泛。通電螺線管的磁場(chǎng)是什么樣的呢?
螺線管是用導(dǎo)線繞成的。用計(jì)算機(jī)可以模擬從直線電流的磁場(chǎng)到通電螺線管的磁場(chǎng)演化過(guò)程。
觀察 從直線電流的磁場(chǎng)到通電螺線管的磁場(chǎng)
實(shí)驗(yàn)探究 通電螺線管的磁場(chǎng)方向
如圖所示,將變阻器、螺線管、開關(guān)串聯(lián),接在電源上,閉合開關(guān),小磁針指向如圖所示。
如圖所示,改變電流方向,閉合開關(guān),小磁針指向如圖所示。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集證據(jù):將實(shí)驗(yàn)過(guò)程小磁針指向記錄如圖所示(紅色為N極)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁體磁場(chǎng)相似,其磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。
為了便于記憶,法國(guó)科學(xué)家安培(Andre-Marie Ampere,1775-1836)總結(jié)出判斷通電螺線管極性與電流方向的關(guān)系的方法。
安培定則:用右手握螺線管,讓四指彎向螺線管中的電流方向,則大拇指所指那一端就是螺線管的N極。
右手握住螺線管,四指隨著電流轉(zhuǎn),大拇指指向N端。
1820年10月安培在法國(guó)科學(xué)院的例會(huì)上做了一個(gè)有趣的小實(shí)驗(yàn):在做好的螺線管中央穿一根細(xì)線,把它懸掛起來(lái)。請(qǐng)從理論上分析,螺線管通電后會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?實(shí)際做一做,檢驗(yàn)?zāi)愕呐袛嗍欠裾_。
分析:螺線管通電后變成一個(gè)條形磁體,水平懸掛相當(dāng)于一個(gè)指南針。靜止時(shí),S極指向南方,N極指向北方。因?yàn)榈厍蚴莻€(gè)巨大磁體,地磁北極在地理南極附近,地磁南極在地理北極附近,在地球周圍存在著磁場(chǎng)。
你也許注意到,環(huán)形電流的磁場(chǎng)與小磁針的磁場(chǎng)類似。受此啟發(fā),科學(xué)家們找到了物體磁性的來(lái)源。
三、物體磁性從哪里來(lái)
物質(zhì)是由原子組成,原子由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成。電子繞核旋轉(zhuǎn)就形成了環(huán)形電流。因此,每個(gè)原子都可以看做是一個(gè)微型小磁針。如圖所示。
在大部分物體中,由于大量微型小磁針的指向紊亂,物體不顯磁性;而在有的物體中,大量微型小磁針指向較為一致,物體就具有磁性。如圖所示。
物體磁化的過(guò)程,實(shí)質(zhì)上是物體內(nèi)微型小磁針按順序“整隊(duì)”的過(guò)程。
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