“通電螺線管的磁場”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

摘 要：浙教版《科學(xué)》教材中八年級下冊《電生磁》中“通電螺線管的磁場”實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中很難成功，通過對電流、線圈匝數(shù)、鐵釘長短粗細(xì)等的分析，極大提高了該實(shí)驗(yàn)的成功率，引出電磁鐵的學(xué)習(xí)，也為電磁鐵磁性強(qiáng)弱影響因素的探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：通電螺線管；線圈匝數(shù)；磁性

根據(jù)教材提供的活動方案，涉及的器材有：電池、導(dǎo)線、繞成螺線管的導(dǎo)線、大頭針、鐵釘或鐵棒等。

該實(shí)驗(yàn)操作非常簡單，只需連接一個(gè)閉合電路，想要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及目的是：

（1）步驟1中用導(dǎo)線繞成螺線管后通電，不能吸引大頭針，說明通電螺線管周圍存在著磁場很弱。

（2）步驟2在螺線管中插入一根鐵棒或一枚鐵釘，吸引了較多的大頭針。比較步驟1和步驟2的結(jié)果，說明在通電螺線管中插入鐵芯能增強(qiáng)磁性。

一、 實(shí)驗(yàn)的困難與原因

在實(shí)際教學(xué)過程中，如果按照教材的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，往往出現(xiàn)以下情況：無論是否插入鐵釘或鐵棒都不能吸引大頭針，這樣就既不能說明通電螺線管周圍存在磁場也無法對比得出增強(qiáng)磁性的方法，也對電磁鐵概念的引出造成極大的影響。

分析該實(shí)驗(yàn)失敗的原因，主要有以下幾點(diǎn)：

1. 電路中電流問題：通電螺線管周圍磁場大小與電流大小有關(guān)，如果電路中電流過小，導(dǎo)致磁場強(qiáng)度不夠，不能吸引大頭針。

2. 導(dǎo)線粗細(xì)問題：根據(jù)導(dǎo)線電阻與橫截面積的關(guān)系可知，導(dǎo)線橫截面積越大，電阻越小，那么電路中電流越大，磁性越強(qiáng)，更容易吸引大頭針。

3. 線圈匝數(shù)問題：電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)有關(guān)，如果繞成螺線管的線圈匝數(shù)過少，那么通電螺線管周圍的磁性也比較弱，不容易吸引大頭針。

4. 鐵釘問題：由于市面上一些鐵釘含有較高的其他金屬的含量，還有一些鐵釘表面鍍上鋅、銅等，而且大小、長短不同的鐵釘被磁化后的磁性強(qiáng)弱也不同。如果鐵釘材質(zhì)、大小、長短選擇不好，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很大。

5. 大頭針質(zhì)量問題：盡管我們盡量增大電磁鐵的磁性，但如果大頭針質(zhì)量較大，電磁鐵的磁性依舊不易增強(qiáng)到能吸引大頭針，給實(shí)驗(yàn)的成功增添難度。

二、 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

為了解決以上問題并達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的，可進(jìn)行以下改進(jìn)：

1. 實(shí)驗(yàn)器材

（1）若干節(jié)干電池、開關(guān)、小磁針。（2）粗導(dǎo)線：導(dǎo)線要選用較粗的導(dǎo)線，可以是實(shí)驗(yàn)室中的較粗的銅導(dǎo)線，也可以是網(wǎng)線中的導(dǎo)線或鍍銀導(dǎo)線。（3）剪刀、訂書機(jī)中的小釘子：訂書機(jī)中的小鐵釘比較細(xì)小，可以用剪刀把訂書機(jī)中一枚小鐵釘剪成3份或4份。（4）插入的鐵釘：由于鋼鐵的種類很多，插入螺線管中的鐵釘一定要注意材質(zhì)的選擇，為實(shí)驗(yàn)的成功我們可以選擇較長較大的普通鐵釘。

2. 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）連接電路圖，并把粗導(dǎo)線繞成n圈螺線管。（2）把螺線管靠近小磁針，閉合開關(guān)觀察小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并觀察是否能吸引小釘子。（3）在螺線管中插入一枚鐵釘，再觀察吸引吸引小釘子的個(gè)數(shù)。（4）對比兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，想一想，這說明了什么？

三、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1. 由于電磁鐵的磁性強(qiáng)弱是根據(jù)吸引小釘子的個(gè)數(shù)來判斷的，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與電流大小、線圈匝數(shù)、導(dǎo)線的粗細(xì)、鐵釘?shù)倪x擇等都有一定的聯(lián)系。（說明：小釘子是訂書釘，一枚等分成4份）

從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，為了使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，線圈匝數(shù)要稍多，電流基本上要大于2A，插入螺線管中的鐵釘要較大較長，而繞成螺線管的導(dǎo)線材質(zhì)對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響并不是很大。

2. 該實(shí)驗(yàn)要成功，插入的鐵釘選擇相當(dāng)重要，可以選用普通鐵釘，如果選用水泥釘?shù)龋瑢?shí)驗(yàn)成功率極低。并且，插入鐵釘后通電吸引小鐵釘時(shí)，要讓插入鐵釘?shù)募舛嗽谒@螺線管的末端附近，相當(dāng)于在通電螺線管的兩極，這樣鐵釘被磁化后磁性更強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果更好。

3. 為了讓電路中有足夠大的電流，該電路是短路狀態(tài)，因此消耗電源電壓非常大，實(shí)驗(yàn)一結(jié)束需馬上斷開。

作者簡介：

葉咪咪，浙江省臺州市，浙江省三門縣三門初級中學(xué)。