我們幾乎每個人都在小時候玩過磁石或者磁鐵,也從小被這種磁體的神奇力激發了好奇心,磁體為什麼能在不接觸鐵的情況下就能隔空吸引鐵呢?磁體為什麼有兩個磁極呢?為什麼能夠指南指北呢?等等問題讓人產生了很多想像。
今天,我們只說以下初中物理有關磁學中的一個小問題,此問題如果不解決,直接會影響中考中的一類典型題——磁學作圖題!
首先我們需要知道的是,磁體的周圍都存在磁場,磁場有強弱也有方向。為了形象的描述磁場,我們引入了一個理想化模型——磁感線!磁場時客觀存在的,但是磁感線卻不是!
好神奇!磁場看不見摸不著,但是竟然是真實存在的,更神奇的是,它還有能量!
下面,我們以一個典型的模型為例來說一下今天要講的這個磁學中的小的知識點,這個模型就是「通電螺線管」!
通電螺線管的磁場很有意思,其產生的磁場分布與條形磁鐵產生的磁場完全相同。那麼通電螺線管外部和內部的磁場分布情況是怎麼樣的呢?各點的磁場方向又如何?
這需要我們知道有關磁場方向的四個基本結論:
1.某點的磁場方向。
2.磁感線上某一點的箭頭指向。
3.小磁針靜止時的北極指向。
4.小磁針北極的受力方向。
以上四個方向都是磁場中某一點的磁場方向的不同描述。需要注意的是,有關小磁針一共有兩種敘述,為什麼說道北極指向時,要強調「靜止」兩個字,而說北極的受力方向時,卻不在說「靜止」呢?這是因為不管小磁針是運動還是靜止時,在固定位置的小磁針的北極受力方向都是固定不變的。但是一旦強調北極指向,就必須強調靜止,這很好理解,如果小磁針轉動的話,北極就會隨時改變方向了。
在通電螺線管的外部和內部的磁場分布圖如上圖所示,現在的問題是,在通電螺線管外部的小磁針的指向情況一方面可以根據磁感線上某一點的箭頭指向來確定,另一方面也可以按照「同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引」來確定。如上圖所示,通電螺線管外部所有的小磁針指向情況都可以按照這個磁極間的相互作用來確定。
但是,一個問題來了,通電螺線管內部的小磁針的指向如何確定?是不是也滿足磁極間的相互作用規律呢?
答案是否定的!
因此我們只有一個方法來確定內部的小磁針指向情況,那就是按照內部的磁感線上的箭頭指向來確定小磁針指向!很顯然,箭頭指向就是該點的磁場方向,也就是小磁針靜止時北極所指的方向,因此我們以後遇到磁感線上的箭頭就應該立刻想到小磁針的北極,遇到小磁針的北極就立刻想到磁感線上的箭頭!不管是通電螺線管的內部外部都是如此!
如果不理解通電螺線管的內部磁場為什麼會如此,那麼我們可以這樣想,在所有磁體以及通電螺線管的內部存在著大量的微觀小磁針,每一個微觀小磁針都是指向一致,比如說如上圖中的左S右N,結果宏觀上表現出來就是大的磁體以及通電螺線管也是左S右N!
以上就是我們今天要說的磁學中的一個小的知識點,按照之前歷屆學生的經歷,每一屆都有些學生不能理解或者直接按照磁極間相互作用規律來確定通電螺線管內部的小磁針指向情況!
通過以上分析,相信同學們都已經能夠清楚的理解了這個小問題。要理解,並且以後永遠採用不會出錯的方法:即按照磁感線上的箭頭指向來確定小磁針的指向問題!這種方法在通電螺線管的內外都適用!是一個永遠也不會出錯的辦法!
中學生朋友們,物理有趣且有用,為了美好的未來,加油!