关于通电螺线管内部的磁场

关于通电螺线管内部的磁场 平职学院2005年度优秀评奖申报 关于通电螺线管内部的磁场 论文目 作者 1、王广云 2、许峰 发表的刊物名称 技术物理教学 ISSN1005-9555 刊号 CN15-1224/03 发表时间 2005. 2 一般刊物: 交流的会议名称(主 交流日期办单位) 交流获奖情况 交流获奖级别 本文主要从物理学的规定:“小磁针N极在磁场中某处的指向(受力方向)就是该 处的磁场方向”和安培的分子电流理论,两个方面,论述了小磁针N极在通电螺线管的同 论 一截面上内部与外部受力方向相反的这一实验事实。而“同名磁极相互排斥，异名磁极 文 相互吸引”，只能解释磁极之间的相互作用和通电螺线管外部的磁场，不能解释通电螺 摘 线管内部磁场方向问题。 要 专业评 审组意 见 年 月 日 关于通电螺线管内部的磁场 王广云 许峰 平顶山工业职业技术学院 467000 实验证明通电螺线管的周围和内部均有磁场，并跟条形磁铁的磁场相似。只是条形磁铁的南、北极固定不变，磁性的强弱一般也不变。而通电螺线管的南、北极随所通电流方向的改变而改变，也就是说，通电螺线管的磁场方向跟所通电流方向的有关，他们之间的关系可用右手螺旋定则来判定。通电螺线管的磁场强弱跟所通电流的大小有关(所通电流大，它的磁场强，反之它的磁场就弱)。这些实验事实都不难理解，学生感觉困惑的是:“置于通电螺线管内部的小磁针N极跟置于通电螺线管外部的小磁针N极指向不同”这一实验结果。如图(一)所示，小磁针A、B分别置于通电螺线管内部和外部，它们N极的指向相反。对于通电螺线管内部的小磁针A来说，若按磁场的基本特性——对放入其中的小磁针有力的作用和“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的结论去分析判断，它的N极、S极应对调，即跟实验结果相反，这是为什么呢,下面就通电螺线管内部的磁场作一简单的分析: 一、根据磁感线特点分析: 给螺线管通入图(二)所示方向的电流时，由右手螺旋定则可知，通电螺线管的左端为N极，右端为S极，其外部磁感线的方向是从N极到S极，内部磁感线的方向是从S极到N极，从而构成闭合曲线。这就是说通电螺线管的内部和外部磁场方向(磁感线的方向)不同。在通电螺线管外部，两端磁感线密集(磁场强)，中间部位磁感线稀疏(磁场弱)，这通电螺线管外部各点的磁场强弱和方向各不相同。在通电螺线管内部轴心附近磁感线分布比较均匀、相互平行、方向一致，因此可以看作匀强磁场。 而外 部则是非匀强磁场。在通电螺线管的同一截面上内部和外部的磁场方向相反，如图(二)所示，A、B两点的磁场方向相反，C、D两点的磁场方向相反，若按“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的结论去分析判断，放在图(二)所示A、B和C、D四点的小磁极N极指向是一致的，均指向通电螺线管的S极端。这与实验结果相反，显然是错误的。我们应根据物理学的规定:“小磁针N极在磁场中某点的受力方向就是该点的磁场方向(匀强磁场中磁感线方向)”去分析判断，放在图(二)中A、B两点的小磁针N极指向相反，符合实验事实，是正确的。故置于通电螺线管内部的小磁针N极指向通电螺线管的N极端，跟通电螺线管内部的磁感线方向一致。 二、根据安培分子电流理论分析: 由安培分子电流理论可知，铁物质内部存在大量的分子电流(环形电流)，每一个分子电流成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，如图(三)所示。在通常情况下，由于铁磁性物质 内部的分子电流轴向杂乱无章，它们的磁作用相互削弱，对外不显磁性，如图(四)所示。当外界条件发生变化(铁磁性物质受外磁场作用)时，使其内部所有分子电流的取向变得大致相同，对外就显磁性，则成为磁体，如图(五)所示。给螺线管通入电流也是如此，置于通电螺线管内部的小磁针，相当于具有磁性的物体内部许多个分子电流中其中的一个分子电流，它和通电螺线管成为一个整体的磁场，因此指向是一致的。故置于通电螺线管内部的小磁针N极指，向通电螺线管的N极端。 通过以上分析可得:1、通电螺线管内部磁场的强弱和方向都跟外部的不同，在通电螺线管的同一截面上，内部和外部的磁场方向相反。在通电螺线管内部轴心附近的磁场可看作匀强磁场，小磁针,极在其内部轴心附近各点指向一致，均指向通电螺线管的N极端。2、用正确的理论 ，分析判断所有问题(或现象)的结果不一定都正确，对得出了不正确结果的理论，我们也不能怀疑它的正确性。前面我们用“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”这一结论，分析判断置于通电螺线管内部的小磁针N极指向 通电螺线管的S极，这与实验结果相反，故是错误的。但这一结论本身是在实验基础上建立的，因此它是正确的，不可怀疑。也就是说，任何正确的理论都有它的适用范围，这一理论可用来分析判断磁铁的磁场方向和通电螺线管外部的磁场方向。而通电螺线管内部小磁针N极的指向，可用“小磁针N极在磁场中某点的受力方向就是该点的磁场方向”和“安培分子电流学说”去分析判断，就会得出正确的结果。即置于通电螺线管内部的小磁针N极指向螺线管的N极端。同时又告诉我们学习物理知识要重视物理实验;应用物理知识要明确它的适用条件和范围。故深入学习研究物理理论，灵活正确应用物理知识，可以培养和发展自己的能力。