顯示通電導(dǎo)線周?chē)嬖谥艌?chǎng)的實(shí)驗(yàn)。如果在直導(dǎo)線附近(導(dǎo)線需要南北放置),放置一枚小磁針,則當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過(guò)時(shí),磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這一現(xiàn)象由丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特于1820年7月通過(guò)試驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)。
奧斯特實(shí)驗(yàn)表明通電導(dǎo)線周?chē)陀来朋w周?chē)粯佣即嬖诖艌?chǎng).奧斯特實(shí)驗(yàn)揭示了一個(gè)十分重要的本質(zhì)——電流周?chē)嬖诖艌?chǎng),電流是電荷定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,所以通電導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)實(shí)質(zhì)上是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的。
奧斯特實(shí)驗(yàn):
1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程:如下圖所示,將一根導(dǎo)線平行地拿到靜止小磁針上方,觀察導(dǎo)線通電時(shí)小磁針是否偏轉(zhuǎn),改變電流方向,再觀察一次。
2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:導(dǎo)線通電時(shí)小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn),切斷電流時(shí)小磁針又回到原來(lái)位置,當(dāng)電流方向改變時(shí),磁針的偏轉(zhuǎn)方向也相反。
3.結(jié)論:
(1)比較甲、乙兩圖說(shuō)明通電導(dǎo)體周?chē)嬖谥艌?chǎng)。
(2)比較甲、丙兩圖說(shuō)明磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。
用控制變量法研究奧斯特實(shí)驗(yàn)中的磁場(chǎng)強(qiáng)弱:
解答奧斯特實(shí)驗(yàn)之類(lèi)的問(wèn)題要注意:(1)通電導(dǎo)體周?chē)嬖诖艌?chǎng);(2)磁場(chǎng)的方向與電流方向有關(guān)。電流方向改變時(shí),磁場(chǎng)方向也隨之改變。
若研究通電導(dǎo)體周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)弱,則需要控制變量。
例某同學(xué)受奧斯特實(shí)驗(yàn)的啟發(fā),產(chǎn)生了探究通電長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)艌?chǎng)的興趣。探究過(guò)程如下:
A.讓豎直的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直穿過(guò)一張硬紙板,以導(dǎo)線為中心在紙板上任意做直線,在直線上不同位置放上能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針,發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時(shí)N 極指向都與直線垂直;
B.直線上任意關(guān)于導(dǎo)線對(duì)稱(chēng)兩點(diǎn)處的小磁針N極指向相反;
C.改變電流大小時(shí),小磁針指向不變;
D.通過(guò)查閱資料得知,通電長(zhǎng)直導(dǎo)線外某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與電流大小成正比,與這一點(diǎn)到直導(dǎo)線的距離成反比。
(1)做實(shí)驗(yàn)時(shí),紙板的俯視圖如下,其中“⊙”表示電流方向垂直紙面向外,小磁針涂黑部分為N極。請(qǐng)?jiān)谟疫吿骄窟^(guò)程紙板的俯視圖上作出通電長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)拇鸥芯分布圖。(分布圖要能夠反映不同位置處磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向)
(2)若要驗(yàn)證某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱與其到通電長(zhǎng)直導(dǎo)線距離成反比的結(jié)論,應(yīng)控制_____不變。
(3)同一通電長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē),離通電導(dǎo)線距離為r 和2r的兩點(diǎn),磁場(chǎng)強(qiáng)弱的比值為_(kāi)____。
解析:(1)小磁針靜止時(shí)N極指向?yàn)榇艌?chǎng)方向,可以導(dǎo)線為中心多作幾條直線,根據(jù)題中小磁針N極指向與直線垂直,且都指向逆時(shí)針?lè)较颍勺鞒鋈绱鸢笀D所示磁感線。
(2)用控制變量法,因磁場(chǎng)強(qiáng)弱與電流大小和到通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的距離都有關(guān)系,要探究與距離的關(guān)系,應(yīng)保持電流大小不變。
(3)因磁場(chǎng)強(qiáng)弱與距通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的距離成反比,距離之比為1:2,則磁場(chǎng)強(qiáng)弱之比為2:1。
答案:(1)如圖所示
(2)電流大小
(3)2:1
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