实验十一：通电螺线管的磁场特点

第1篇一、实验目的本次实验旨在探究磁体的基本性质，包括磁体的磁场分布、磁极的相互作用、磁场的方向以及磁体的磁性变化等。

通过实验，加深对磁学基础知识的理解，培养实验操作技能和科学思维。

二、实验器材1. 螺线管2. 塑料板3. 小磁针4. 铁屑5. 电池6. 开关7. 导线三、实验内容与步骤1. 探究通电螺线管的磁场分布（1）了解螺线管磁场演示仪的构造和线圈位置。

（2）闭合开关，将螺线管通电，用手轻敲击塑料板，观察铁屑的分布。

（3）分析铁屑分布情况，得出通电螺线管周围磁场分布特点。

2. 磁极相互作用实验（1）将两个磁铁的N极和S极分别靠近，观察相互作用现象。

（2）记录磁铁相互作用的结果，分析磁极间的相互作用规律。

3. 磁场方向实验（1）将小磁针放入通电螺线管内部，观察小磁针的指向。

（2）分析小磁针指向，得出通电螺线管内部磁场方向。

4. 磁性变化实验（1）改变电流方向，观察通电螺线管内部磁场方向的变化。

（2）分析电流方向与磁场方向的关系，得出电磁铁的磁极极性与电流方向的关系。

四、实验结果与分析1. 通电螺线管周围磁场分布实验结果显示，通电螺线管周围的铁屑会被磁化，形成一定的磁场分布。

根据铁屑受力转动后的分布情况，可以得出通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似。

2. 磁极相互作用实验结果显示，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

这符合磁极间相互作用的规律。

3. 磁场方向实验结果显示，通电螺线管内部的磁场方向与电流方向有关。

根据安培定则，用右手握住螺线管，弯曲的四指所指的方向是电流的方向，大拇指所指的那端是螺线管的N极。

4. 磁性变化实验结果显示，改变电流方向，通电螺线管内部磁场方向也发生改变。

这表明电磁铁的磁极极性与电流方向有关。

五、实验结论1. 通电螺线管周围的磁场与条形磁体的磁场相似。

2. 磁极间相互作用规律为同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

3. 通电螺线管内部的磁场方向与电流方向有关，符合安培定则。

初中物理实验报告范例38
学生实验报告
科目物理实验名称: 探究通电螺线管的外部磁场
年(班)级: 二（1）填报告人: 李晓明实验日期: 2015.02.20同组实验人: 李晓明郝秀丽指导教师: 张老师
目标要求1.探究通电螺线管外部的磁场分布；?
2.探究通电螺线管外部磁场的方向跟哪些因素有关。

实验
原理
根据小磁针的北极指向和细铁屑的排列分布。

器材及药品
通电螺线管磁场演示器、菱形小磁针、细铁屑、干电池（盒）、开关、导线等。

方法步骤
1.断开开关，按图示电路正确连接好实验仪器。

2.在通电螺线管
的附近四周各放一个
菱形小磁针，并在螺
线管的周围均匀撒适
量铁屑。

3.闭合开关，观察
菱形小磁针的指向，
轻敲面板，观察铁屑
的排列情况，断开开
关。

4.交换电源正负极（改变螺线管中的电流方向），闭合开关，观察菱形小磁针的指向，轻敲面板，观察铁屑的排列情况，断开开关。

5.在条形磁体的
两端各放一个菱形小
磁针，观察菱形小磁
针的指向，并在条形
磁体的周围均匀撒铁
屑，轻敲面板后，观察铁屑的排列情况。

结果结论1.通电螺线管的外部磁场分布与条形磁铁相似。

2.通电螺线管外部磁场的方向与螺线管中的电流方向有关。

jiangsushengsiyangxianlikouzhongxueshenzhengzhongsheji。

专题磁场一、安培定则、左手定则、右手定则的应用(左力右电)。

二、几种常见的磁感线分布：直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图1.特高压直流输电是国家重点工程，部分输电线路简化图如图所示。

高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒“支撑导线L1、L2、L3、L4，其目的是固定各导线间距，防止导线互相碰撞，图中导线L1、L2、L3、L4水平且恰好处在正四棱柱的四条棱上，并与“abcd正方形间隔棒”所在平面垂直，abcd的几何中心为O点，O点到四根导线的距离相等并远小于导线的长度，忽略地磁场影响，当四根导线通有等大、同向的电流时，下列说法正确的是()A.O点的磁感应强度沿ac连线方向B.O点的磁感应强度沿bd连线方向C.L1所受安培力沿正方形的对角线ac方向D.L1所受安培力沿正方形的对角线bd方向【解答】解：AB．四条导线的电流相等，且O点到四条导线距离相等，根据右手定则和对称，L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大反向，L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大反向，根据磁感应强度叠加原理，四条导线在O点的磁感应强度等于零，故AB错误；CD．其余三条导线对L1都是吸引力，结合对称性可知，L1所受安培力的方向沿正方形的对角线ac方向，故C正确，D错误。

故选：C。

2.两根通电细长直导线紧靠着同样长的塑料圆柱体，图甲是圆柱体和导线1的截面，导线2固定不动(图中未画出)。

导线1绕圆柱体在平面内第一与第二象限从θ=0缓慢移动到π，测量圆柱体中心O处磁感应强度，获得沿x方向的磁感应强度B x随θ的图像(如图乙)和沿y方向的磁感应强度B y随θ的图像(如图丙)。

下列说法正确的是()A.导线1电流方向垂直纸面向里B.导线2在第三象限角平分线位置C.随着θ的增大，中心O处的磁感应强度先变大后变小D.当θ=0.25π时，中心O处的磁感应强度方向沿第四象限角平分线向外【解答】解：B、当导线1转动0.5π时，根据安培定则(或右手螺旋定则)可知，导线1此时只产生了x轴方向的磁场，又因为此时O点只有沿x轴正方向的磁场，可知导线2在竖直方向上没有分量，所以导线2不可能位于第三象限的角平分线上，只能是在y轴上，故B错误；A、根据丙图可知，导线1在初始状态在O点产生的磁场沿y轴负方向。

通电螺线管的磁场
【目的和要求】
了解通电直导线和通电螺线管的磁场及磁力线的分布，并由此引出安培定则。

【仪器和器材】
螺线管，小磁针（J2406型），单刀开关（J2352型），蓄电池，滑动变阻器（J2354－2型），铁屑（铁粉）适量，粗导线，硬纸板。

【实验方法】
1．按下图所示，将铁屑撒在螺线管穿过的硬纸板上，就可以观察到通电后螺线管周围的磁力线跟条形磁铁的磁力线相似，并且在螺线管内部也有磁力线分布，这些磁力线都是些环状的闭合曲线。

2．按下图那样，把小磁针放在通电螺线管外部和内部各点上，注意观察小磁针北极指向，就可以找出螺线管的北极和南极。

引导学生由螺线管中电流的方向和磁场的方何，找出安培定则如下图。

实验报告螺线管磁场的测量霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。

1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。

后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。

随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。

在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

近年来，霍尔效应实验不断有新发现。

1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。

目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。

本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。

关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。

2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。

3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。

二、实验原理霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力的作用而引起的偏转。

当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流IS（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流IS相反的X轴负向运动。

由于洛伦兹力fL作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于Y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。

University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China螺线管内的磁场的测量实验报告李方勇 PB05210284 05010 第29组2号（周五下午）2006.10.26实验题目 螺线管内的磁场的测量实验实验目的1、测量通电螺线管线圈内的磁感应强度，讨论通电螺线管线圈内部I 、L 、x 和B 之间关系；2、计算出真空中的磁导率。

实验仪器① 螺线管线圈；②大电流电源；③磁场强度计；④探针（霍耳元件）；⑤导线和有机玻璃支架等。

实验原理按照Biot-Savart 定律可以推出在螺线管内任意一点P 的磁感应强度B 为：⎰--=-+=2/2/2102/32220)cos (cos 2])([2L L nI l x R IndlR B ββμμ 式中 221)2/(2/cos L x R L x +++=β 222)2/(2/cos L x R L x -+-=β螺线管的长为L ，x 为螺线管中点到P 点的距离。

I 为通过螺线管的电流。

n 为螺线管单位长度的匝数。

图3－1通电螺线管磁场分布实验内容1、 按下图装好仪器设备，将螺线管接到电流源上，将霍耳元件（探针）接到磁强计上，并将探针头放在螺线管的中央 a 点处。

选择磁强计的测量范围为20mT ，利用磁强计的”Compensation”钮调零。

图3－2. 实验设备接线图2、 实验测量：（螺线管总圈数N=30 ）（1）测量螺线管内电流I 变化时a 点的磁感应强度B 。

将螺线管的b 点放在16cm 处，c 点放在24cm 处，此时线圈长L 为8cm 。

调节电流源从0开始每次增加2A ，记录B ，但要注意每次测量时都要将电流源打到0点，将磁强计重新调零。

（2）以a 点为中点，改变b 、c 点的距离，使线圈长L 分别为8、10、15、20、25、30、35、40cm ，分别纪录B ，注意每次测量时都要将电流源打到0点，将磁强计重新调零。

第三节 电生磁 一、 电流的磁效应 1、概念：通电导体的周围有磁场， 其方向跟电流的方向有关，这种现象叫做电流的磁效应 2、奥斯特实验：说明电流周围存在磁场。 二、 通电螺线管的磁场 1.概念：把导线绕在圆筒上就做成了螺线管，电螺线管的磁场特点： ○1通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似

○2通电螺线管磁场的有无取决于电流的有无

○3通电螺线管的磁极极性（南北极）取决于电流的方向

三、 安培定则： 概念：用右手握螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的北极 第四节电磁铁 1.概念：如果把一根导线绕成螺线管，再给螺线管插入铁芯，有电流通过时有磁性，无电流时就无磁性，我们把这种磁体叫做电磁铁。 2、电磁铁构成：通电螺线管+铁芯 3、电磁铁工作原理：是利用电流的磁效应工作的 4、电磁铁的特点： ○1磁性：电磁铁实质上是一个插有铁芯的通电螺线管，它的磁性有无

由电流的通断来决定 ○2磁极方向：可由安培（右手）定则判定

○3磁性强弱：

（1）与电流大小有关，电流大则磁性强，电流小则磁性弱 （2）匝数多则磁性强，匝数少则磁性弱 5、电磁铁的实际应用：电磁起重机、磁悬浮列车、电铃等等 第五节 电磁继电器 扬声器 一、 电磁继电器 1、 继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路的装置。 2、 实质：电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关 3、 构造：电磁铁、衔铁、弹簧、触点 4、 工作电路构造：低压控制电路和高压工作电路两部分构成 5、 工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸引下来，使动触点和静触点接触，工作电路闭合，电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路，电磁继电器就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。 二。扬声器

1、 构造：永久磁体、线圈、锥形纸盆 2、 工作原理：永久磁体和线圈相当于两个磁场，当线圈中通过电流时，线圈受到磁体的吸引而向某一方向运动，当线圈中通过的电流相反时，线圈受到磁体的排斥向相反方向运动，由于通过线圈的电流是交流电，它的方向是不断变化的，线圈就不断地来回振动，带动纸盆来回振动，于是扬声器发声。 3、 应用：收音机、电视机、音响等 4、 作用：扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置 第六节 电动机

中学物理 Vol. 39 No. 082021年4月创新卖验探丸通电螺线管的就场空间分布乔树洁I 徐国萍2任振颖$(1•北京市昌平区大东流中学北京102200； 2.北京市昌平教师进修学校北京102200)摘要:磁场的空间分布对学生理解磁场及其性质具有重要作用.教学实践证明，学生对磁场的前概念停留在表象 及平面范畴，对磁场方向性和空间性理解不够，而通过创新实验器材可以使学生获得生动的感性认识，在此基础上对实验现象进行科学分析和概括，进一步探究磁场的本质.本文结合探究通电螺线管外部磁场的规律和特点，应用创新性实 验器材进行磁场规律的探究.关键词：磁场；磁场空间分布；条形磁体;通电螺线管；实验探究中图分类号:G633.7 文献标识码:B 文章编号：1008 -4134(2021)08 -0031 -021制作背景与创新点1. 1实验教学内容分析探究通电螺线管外部磁场方向位于北师大版物 理教材九年级第十二章第三节，是课标对于“运动和 相互作用”部分内容提出的9个必做探究性实验之-■同时，电流的磁效应也是学习电磁现象的重要基 础.本章的核心内容是建立电和磁之间的联系，通过探究通电螺线管的磁场是在通电导线产生磁场的基 础上形成的，再次将电和磁统一起来，在电流产生的磁场方向和电流方向之间建立起联系，进而总结规 律•探究通电螺线管外部磁场方向是在已知磁场方向性和空间性的基础上，类比条形磁体的磁场方向，再次加深对磁场的理解,为今后学习“场”这一空间概念 奠定基础,也是可持续发展的物理学习的必要基础.1.2实验教学价值分析通过实验将通电螺线管外部磁场的分布用小磁 针进行显示;将抽象的磁场直观化，不仅能展示平面 内磁场的分布特点，而且能展示360度空间范围内磁场的分布特点，借此提高学生的空间感知效果，增强空间想象力，深刻体会“场”这一空间概念.通过观察通电螺线管外部磁场的分布特点及条形磁铁的磁场 分布特点培养学生的观察能力和获取信息能力，并通过类比的方法科学推理出通电螺线管外部磁场的方 向特点•进一步改变电流方向，再次观察通电螺线管外部磁场分布特点，引导学生勇于质疑，并针对提出 的问题设计实验进行科学论证,最终得岀通电螺线管外部磁场方向与电流方向有关•完成了活跃思维一主 动探究一发现规律一解决问题的系列过程•本设计用实验将抽象的自然规律与学生现有思维能力之间搭建起了一座桥梁,促使学生对科学概念规律的认识由 感性向理性升华.2创新点用不同平面内小磁针的分布和指向直观展示空间看不见的磁场，渗透转化的思想，将抽象概念直观 化•通过描述小磁针指向特点，逐步建立磁感线的模型.通过建立磁感线模型的过程，理解磁场和磁感线的区别联系•用于观察条形磁体、通电螺线管、电磁铁的360度空间内磁场分布特点，探究磁场分布规律; 建立磁感线的模型.3仪器结构及材料图1平视图 图2俯视图3. 1结构图及材料(1) 支架——用于固定和支撑磁体及旋转板•材 料为亚克力板(如图1所示)•(2) 旋转板——用于展示磁体周围空间的某一平 面(如图2所示).材料为亚克力板.(3) 磁针转动轴——用于固定磁针支架.材料为 铜丝.(4) 旋转轴——用于连接旋转板与磁体.材料为作者简介：乔树洁(1986 -),女，辽宁凌源人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理教学及教学管理工作;徐国萍(1974-),女，北京昌平人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学研究工作； 任振颖(1975 -),女，北京昌平人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学研究工作.• 31•2021年4月Vol. 39 No. 08 中学物理图3金属杆.(5) 磁体放置区——用于放置磁铁或通电螺线 管.材料为PVC 管.(6) 磁针支架和配重----用于固定小磁针，为小磁针支 架在空间内自由旋转提供动力•材料为塑料和橡皮泥(如 图3所示).3.2实验探究通电螺线管外部磁场方向实验3.2. 1实验步骤(1) 将展示板调至水平,安装调试小磁针,观察记 录小磁针静止时N 极指向.(2) 安装条形磁体,观察小磁针变化，记录小磁针 静止时N 极指向，如图4所示.(3) 在空间360度范围内旋转展示板，改变小磁 针所在的平面，观察空间各个平面内小磁针静止时N 极指向，并记录下竖直平面内小磁针静止时N 极指 向，再任选一个不同平面，记录下竖直平面内小磁针 静止时N 极指向，如图5所示.图4条形磁体周围水平面内磁针分布图图5条形磁体周围竖直平面内磁针分布图(4) 当展示板再次旋转至水平面时，卸下条形 磁体.(5) 安装螺线管，未接通电源，观察小磁针指向 分布.(6) 展示板调至水平位置时，接通电源，观察记录小磁针静止时N 极指向，如图6所示.(7) 在空间360度范围内旋转展示板，改变小磁 针所在的平面，观察空间各个平面内小磁针静止时N 极指向，并记录下竖直平面内小磁针静止时N 极指向，如图7所示.再任选一个不同平面,记录下竖直平 面内小磁针静止时N 极指向.(8) 调换电源正负极，观察记录小磁针在竖直平 面内静止时N 极指向，如图8所示，当展示板再次旋转至水平面时，断开电源.(9) 分析数据,类比条形磁体，确定通电螺线管的N 、S 极.(10) 将小磁针N 极的指向用箭头画出，用平滑的• 32 •图6通电螺线管周围水平面内 磁针分布图图7通电螺线管周围竖直平面内磁针分布图曲线沿着箭头方向将通电螺线管的N 、S 极连接起来,即画出磁感线，如图9所示.图8通电螺线管周围竖直平面内磁针分布图图9建立磁感线模型3.2.2实验结论对比图4和图6通电螺线管外部磁场空间分布 与条形磁体相似;对比图6和图8及任一平面内指针分布(未列出)通电螺线管外部范围内磁场的方向都 是从N 极出发指向S 极;对比图7和图8通电螺线管外部的磁场方向与电流方向有关.4教学反思借助旋转平面来描述磁场空间分布的想法来源于古代“被中香炉”，这一将抽象概念直观化的演示方法，不仅能展示水平面内磁场的分布特点，还能够展 示360度空间范围内磁场的分布特点,更是传统文化 影响现代教学的一种体现•提高了学生的空间感知能 力和空间想象能力，促使学生对科学概念规律的认识由感性向理性升华•不足之处在于实验器材的精细化程度和美观度可进一步提髙.参考文献：[1 ]戎杰.以“几种常见的磁场”教学为例浅谈科学思维的培养[J].物理教师,2019,40(02)=41 -43.[2] 田序海，郑文峰.在概念教学中提升学生核心素养的实践尝试——“磁现象和磁场”教学片段赏析[J].物理教学探 讨,2018,36(07):14 -16 + 18.[3] 杨丹婷，李丰果.条形磁铁磁场空间分布的实验探究 [J].物理教学探讨,2018,36( 11) :48 -52.[4] 何永周.永磁体外部磁场的不均匀性研究[J].物理学报,2013,62(08) ： 145 -151.[5] 徐永明，徐健.巧用强磁铁改进实验创新物理实验教学[J].中学物理,2016,34(19):64 - 65.(收稿日期：2020 -11-30)。