毕业设计（论文）
2011 届
题目磁感线立体演示模型的设计与研究
专业物理学
学生姓名章哲宁
学号07071337
指导教师呼格吉乐
论文字数9676
完成日期2010年11月
湖州师范学院教务处印制
磁感线立体演示模型的设计与研究
章哲宁
摘要：本文从磁感线的定义出发，科学地对磁感线分布做出了阐述。并通过分析现阶段中学中对磁感线立体演示教学的局限以及磁感线立体演示模型的缺陷，提出了一个新的方案试着去解决这些问题。因为此模型已经突破了现有模型的二维演示特点，达到了三维立体演示目的，相信对以后的中学磁感线教具的改良会起到良好的启发作用。
关键词：磁感线，立体演示，中学教具，改良
The design and research of the three-dimensional
model of field line
Zhangzhening
Abstract：The dissertation which is based on the definition of field line makes a statement about the distribution of field line. Meanwhile, in terms of analyzing the limitations of stereo display education and stereo display models，a new scheme is put forward by me to solve these problems. This kind of model has broken through the characteristics of present two-dimensional models, and it converts into three-dimensional display. I firmly believe that my investigation will have great influence on future’s betterment of field line teaching tools.
Keywords：field line, stereo display, teaching instruments, betterment
目录
前言 (1)
第一章磁感线
第一节磁体 (2)
第二节磁感线与磁感线的分布 (2)
第二章中学磁感线立体演示的现状
第一节现阶段中学磁感线立体演示实验举例 (3)
第二节现阶段中学磁感线立体演示模型举例 (3)
第三章新型磁感线立体演示模型
第一节新型磁感线立体演示模型的设计实例 (4)
第二节新型磁感线立体演示模型的展示效果 (5)
第四章新型磁感线立体展示模型制作中产生的问题及对问题的改良过程第一节第一代成型模型 (6)
第二节第二代未成型模型 (7)
第三节第三代成型模型 (7)
结论 (9)
参考文献 (10)
致谢 (11)
附录
附录1 (12)
附录2 (13)
附录2 (14)
前言
学生从中学时期开始学习电磁学，在介绍磁铁的时候就会提及到磁感线这一概念，大家都知道磁铁周围存在磁场，在学习了磁感线之后会用磁感线来表示磁场，但是磁感线并不是真实存在的，只是虚构出来用来描述磁场的，所以学生对磁感线分布的理解并不好。磁感线立体演示模型的意义就在于形象地向中学生表现出磁感线，使他们更加深入地理解磁铁周围存在的磁场。
目前中学学习中，最普遍的磁感线演示实验就是用铁屑充当小磁针，用磁铁吸引铁屑演示磁感线的形状的实验，由于这种实验仅仅局限于一个平面里的磁感线描述，不全面且说服力不大。随着仪器的改进，如今中学实验室出现了立体的磁感线演示模型用来演示磁铁的磁感线分布，最大的改进是多个平面里的小磁针共同组成描述空间的磁感线。
但是至今这些所有的磁感线演示模型都逃脱不了一个致命的缺点，从局部来看，任何一个小磁针都只能在一个平面里做360度的旋转，并非空间自由旋转，这极大的影响了演示仪器的说服力。
那么如何才能纠正这个致命的缺点，从而研究并制作出新型的磁感线立体演示模型，以充分向中学生演示出立体的磁感线？本文将给出想要的答案。
第一章磁感线
第一节磁体
能吸引铁、镍、钴等物质，即具有磁性的物体。有三类：(1)永磁体，包括天然磁石和各种人造磁体。(2)电磁体，由激磁线圈和软铁芯组成。(3)超导磁体，利用超导材料制成的线圈可产生高达10特斯拉以上的强磁场。
第二节磁感线与磁感线的分布
又称“磁力线”。描述磁场分布的假想曲线。该曲线上各点的切线方向就是相应各点的磁场方向。它分布的疏密程度表示磁场的强弱。磁感线可用在磁体周围洒铁屑等方法显示出来。磁感线是闭合曲线，在磁场中磁感线从磁体的N极到S极，在磁体内从S极到N极。
假设把小磁针放在磁铁的磁场中，小磁针受磁场的作用，静止时它的两极指向确定的方向。在磁场中的不同点，小磁针静止时指的方向不一定相同。这个事实说明，磁场是有方向性的，我们约定，在磁场中的任意一点，小磁针N极的受力方向，为那一点的磁场方向。
磁感线的概念是著名物理学家法拉第最先发明并引入的。在电场中可以用电场线形象地描述各点的电场场方向，在磁场中也可以用磁感线形象地描述各点的磁场方向，磁感线是在磁场中画出而实际不存在的一些有方向的曲线（也有直的），这些曲线上每一点的切线方向都和这点的磁场方向一致。
磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
磁场作为一种物质，既看不见，又摸不着，相对来说比较难以理解，中学生在认识各种形状的磁铁时，往往搞不清磁极位置和磁力线分布情况。科学地探究环形磁铁的磁极位置和磁力线分布在中学物理学教学中有着重要的地位，现阶段中学物理学磁力线演示一般通过铁粉或是动画演示，铁粉的演示只能在水平面上，不能演示磁力线的空间分布，比较麻烦，动画演示又不够真实。为了把这种抽象的东西形象化，使人们能够科学地认识和了解，我们设计制作了简易磁力线演示仪，该模型能够演示环形磁场磁力线分布情况以及大致描述出磁铁的磁极位置。
不同磁场的磁感线以及判断方法：
(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线：相对来讲比较简单，在磁铁外部，磁感线从N极出来，进入S极；在内部由南极到北极。
(2)直线电流磁场的磁感线：在直线电流磁场的磁感线分布中，磁感线是以通电直线导线为圆心作无数个同心圆，同心圆环绕着通电导线。实验表明，如果改变电流的方向，各点磁场的方向都变成相反的方向，也就是说磁感线的方向随电流的方向而改变。直线电流的方向跟磁感线方向之间的关系可以用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向
(3)环形电流磁场的磁感线：流过环形导线的电流简称环形电流，从环形电流磁场的磁感线分布，可以看出，环形电流的磁感线也是一些闭合曲线，这些闭合曲线也环绕着通电导线。环形电流的磁感线方向也随电流的方向而改变。研究环形电流的磁场时，我们主要关心圆环轴上各点的磁场方向，这可以用右手定则来判定：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是圆环的轴线上磁感线的方向。
(4)通电螺线管磁场的磁感线（类似于条形磁铁）：螺线管是由导线一圈挨一圈地绕成的。导线
