U型磁鐵N、S極之間真是勻強(qiáng)磁場嗎

現(xiàn)代教育理論強(qiáng)調(diào)：教育學(xué)生求真和大膽地質(zhì)疑，遠(yuǎn)比傳授知識本身重要。事實(shí)上，物理世界的大多理論或?qū)嶒?yàn)結(jié)論都要經(jīng)歷住許多質(zhì)疑和驗(yàn)證，每一次的質(zhì)疑和驗(yàn)證都會讓我們離真理更進(jìn)一步。伽利略的偉大，我認(rèn)為不應(yīng)簡單歸納為他對力與運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的思考，以及他的偉大發(fā)明，最為重要的應(yīng)該是他敢于向權(quán)威提出質(zhì)疑，并通過邏輯推理和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，將延續(xù)2000多年的錯(cuò)誤推翻。

U型磁鐵也叫蹄形磁鐵，是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室最常見的磁體之一，對于磁體周圍的磁場在初中科學(xué)里就已經(jīng)有過描述。在人教版高中選修3—1中也有類似敘述：U型磁鐵N與S極之間的空間可看作勻強(qiáng)磁場。大家看看，這是八年級物理課本上圖示的關(guān)于磁感線分布情形：

圖片上的蹄形磁鐵在N與S極之間的空間磁場方向基本一致，近似平行。

而我們用一些小實(shí)驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)這個(gè)觀點(diǎn)并不正確，就連近似看成勻強(qiáng)磁場也不成立。大家都知道，形象地顯示磁感線分布一般采用鐵屑模擬，但因?yàn)殍F屑模擬僅能說明大概形狀，卻不能表達(dá)磁感線方向。也就是說，就算鐵屑呈現(xiàn)出平行分布，也不能說明就是勻強(qiáng)磁場，因?yàn)榉较蛏峡赡懿煌榱四鼙磉_(dá)出具體的磁感線方向，我從試驗(yàn)室找來U型磁鐵和小磁針進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：兩個(gè)小磁針進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)（此實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖强芍庇^看出方向的不同）取實(shí)驗(yàn)室型號U085的U型磁鐵用兩個(gè)小磁針進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)：

圖中可以清楚看到：在標(biāo)有N、S極平齊處，小磁針N極向左，而內(nèi)側(cè)1厘米左右的小磁針N極向右，與之相反，這說明磁場方向有對調(diào)。怎么跟書本上描繪的方向不一樣？書上的敘述會不會有錯(cuò)。為了弄清楚問題是不是出在磁鐵上面，或者是小磁針極性問題（小磁針容易被強(qiáng)磁場磁化而改變極性）。我又重新找來另一型號的U型磁鐵，重新實(shí)驗(yàn)，換上一組新的小磁針。

實(shí)驗(yàn)二：另一型號U081的U型磁鐵用兩個(gè)小磁針進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)（該磁鐵外觀較扁平）

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完全相同，在磁極內(nèi)側(cè)較小距離上同樣出現(xiàn)了磁場方向相反的情形。

考慮到小磁針與小磁針之間會有個(gè)較弱的作用，我進(jìn)行了第三次實(shí)驗(yàn)，去掉一個(gè)小磁針，用一個(gè)小磁針緩慢移動(dòng)，放置到U型磁鐵的磁極間的不同位置，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小磁針移入磁極間不到1厘米處小磁針強(qiáng)有力的逆轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)情況還是一樣。（下列實(shí)驗(yàn)消除另一小磁針的影響）

磁鐵對小磁針有作用力，同樣，對另各磁鐵也會有作用力。我試了試拿一條形磁鐵去靠近U型磁鐵的磁極，發(fā)現(xiàn)條形磁鐵的N 極和U型磁鐵的磁極S極強(qiáng)有力地吸到了一起，符合異名磁極相吸規(guī)律。而當(dāng)我將磁鐵稍稍移至U型磁鐵的磁極的兩極內(nèi)側(cè)間，條型磁鐵的N 極被U型磁鐵的磁極N極強(qiáng)有力地吸了過去（也可能是被U型磁鐵的磁極S極斥力推了過去的），怎么變成了同性相吸了。這種作用力還很大，有興趣的，可以試驗(yàn)一下。

通過上述的幾組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們已不難看出，U型磁鐵的磁極內(nèi)側(cè)間的不同位置連磁場方向都是相反的。那么選修3—1書本上認(rèn)為U型磁鐵N、S極附近可看作是勻強(qiáng)磁場還正確嗎？初中科學(xué)書上U型磁鐵的磁感線分布還正確嗎？利用U型磁鐵勻強(qiáng)磁場出的試題還會有科學(xué)依據(jù)嗎？