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一、观察与实验是研究磁学最基本的方法 物理学是以实验为基础的一门学科。研究磁学现象同样也应该特别注意应用观察与实验的方法，由于一些磁现象看不见、摸不着，是难于直接观察出来的。许多磁现象都是在偶然的情况下发现的。但是，这恰好说明必然的规律有时就存在于偶然发生的现象之中。而且这些偶然发现的结果又给我们以方法上的启示：即可以通过磁场的一些效应来认识它。就如同空气看不见、摸不着，我们可以根据空气流动(风)所产生的作用来认识；电流看不见、摸不着，我们可以根据电流所产生的各种效应(如热效应、磁效应等)来认识它们。如何根据磁场所产生的各种效应来认识它，当然主要还是通过观察与实验。例如，磁铁可以吸引铁、钴、镍等物体；判断磁体的磁极及磁性的强弱；磁极之间的相互作用规律；铁制物体被磁化等等，都要通过观察与实验来实现。 二、如何确定磁体只有两个磁极首先通过实验确定一个甲磁体有两个磁性比较强的端部，分别叫做N、S极；然后用另一个乙磁体的磁极与甲磁体的磁极分别作用，发现与N极相互吸引的一端，必与S极相互排斥；与S极相互吸引的一端，必与N极相互排斥，没有第三种情况出现。这说明，其他磁体的磁极不是与N极相同，就是与S极相同，只有N、S两种性质的磁极。 如果将一个磁体分开为两个磁体，这两个磁体将各有两个磁极：如果让两个磁体互相吸引合为一个磁体，这两个磁体上靠在一起的磁极消失，整个磁体仍只有两个磁极。 两个相同的条形磁体的磁极上各吸有一根铁钉，如图1所示。铁钉被磁体吸引后也带有磁性。a钉下端为S极，b钉下端为N极。当两块磁体互相靠近时，两个铁钉的下部为异名磁极，它们互相吸引而靠近。铁钉不再沿竖直方向、下端互相靠近，铁钉与竖直线有一个倾斜角度。随着两块条形磁体互相靠近，倾斜角度增大。 当两块磁体接触时，合为一个磁体，只有两个磁极。磁极的位置在左、右两端。左端为N极、右端为S极，中间位置(即相接触处)的磁性变弱，减弱到可以认为没有磁性。此时铁钉不受吸引而自行落下。 三、应用磁感线形象化地描述磁场 磁场是学生第一次接触到“场”的概念，也是第一次应用磁感线形象化地描述磁场。由于数学知识所限，初中只能近似的描绘出条形磁铁与蹄形磁铁的磁感线的分布。 磁感线的特点主要有：(1)它是一些闭合的曲线，不会中断，也不会相交。 (2)磁感线越密的地方磁场越强；反之越弱。 (3)磁感线是有方向的，磁感线上任一点的切线方向都与放在该点的小磁针静止时北极指向一致。 (4)在磁体周围，磁感线从磁体的北极出来，回到南极；在磁体内部，磁感线则从S极回到N极，形成一条封闭的曲线。 四、奥斯特实验的启示在历史上，人们对电现象与磁现象的研究是分别进行的，相当长的时间里都认为电与磁是互不相关的现象。由于奥斯特实验的偶然发现，建立了电与磁的联系。这个实验中，实验对象是电流，实验源是电池，实验的效果显示器是放在通电导体周围的小磁针。通过磁针的偏转，说明电流周围有磁场，而且这个实验既说明了电与磁的关系，又说明了电流的磁效应，同时也为我们提供了一种用磁针检验是否有磁场存在的方法。所以建立科学知识的同时，必然伴随着科学方法的诞生。 五、确定安培定则的方法 安培定则给出了螺线管的极性(或者说是螺线管内部的磁感线方向)与螺线管中的电流方向两者之间的关系。 通过实验研究，如何判断通电螺线管的极性：在不同绕向的螺线管中，接入不同方向的电流，利用小磁针可以判断出它们的极性分别如图2 进行求同和求异的比较：求同法：比较通电螺线管外部磁场的极性是相同的两种情况(如图①③或图②④)，如果两种情况中，其他的条件(线圈的绕向或电流的方向)有相同的，那么这个相同的条件就是决定通电螺线管外部磁场极性的条件。 据此，我们比较图①③或图②④可得：电流的方向相同是极性相同的原因。 求异法：比较通电螺线管外部磁场的极性不相同的两种情况(如图①②或图③④)，如果两种情况中，其他的条件(线圈的绕向或电流的方向)有一个是不相同的，那么这个不相同的条件就是决定通电螺线管外部磁场极性的条件。 据此，我们比较图①②或图③④可得：电流的方向不相同是极性不相同的原因。 我们比较图①④或图②③，有两个不相同的条件，所以，难以确定螺线管的极性是由哪个因素引起的。 综上所述，通过以上6种涵盖了通电螺线管外部磁场的所有情况的比较可知：通电螺线管外部的磁场，只与电流的方向有关，也就是说知道了电流的方向就可以判断通电螺线管外部磁场的极性。 我们能否找一种形象化的方向，用来说明通电螺线管的极性与电流的关系呢？科学家想到用右手握住螺线管，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指就指向N极。这就是有名的安培定则。 六、简单的自动控制方法 教材中介绍的利用电磁铁制成的电磁继电器，是在自动控制中经常用到的一种电器。可用于以直流电路控制交流电路，或者以低压电路控制高压电路。关键是以低压电路中电磁继电器的合金触点(动触点)控制高压工作电路中的开关(静触点)。在电磁继电器控制的电路中接入对温度或光照等敏感的元件，用这些元件操纵控制电路的通断，还可以实现温度自动控制或光自动控制。 如图3所示为某校科技活动小组制作的恒温箱的电路示意图，电热丝是恒温箱的加热元件，图中的水银温度计为导电温度计，上面的金属丝A的高度可以调整，下面的金属丝B与温度计中的水银接触，该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内，我们根据此电路图说明恒温箱工作的原理 。 分析：通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝所指示的温度时，电热丝被连接在电路中，使恒温箱温度升高，当导电温度计中的水银柱上升到金属丝指示的温度时，继电器线圈被接通，衔铁被吸下，电热丝断电停止加热，温度降低后线圈电路断开，衔铁被释放，电热丝再次被接入电路，从而保持恒温箱内温度恒定。 说明：电磁铁的应用之一，是以它为主要部件制作电磁继电器，作为自动开关，控制工作电路。 从物理学本质上讲，电磁继电器是借助于电磁铁通电有磁性、断电没有磁性完成上述自动控制工作的。 (责任编辑：admin) |