Question

5．為驗證奧斯特實驗，小明從實驗室借了一枚小磁針．

（1）回家后，他把小磁針放在桌上，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時總是指向南北方，這是因為小磁針受到地磁場的作用，小磁針指南的一端是S極（選填“S”或“N”）．
（2）接著他把通電的臺燈（60W）上的導線移到小磁針的上方，沿南北方向靠近小磁針放置（如圖甲），結(jié)果發(fā)現(xiàn)小磁針并未發(fā)生偏轉(zhuǎn)．
帶著疑問，小明與同學討論小磁針不偏轉(zhuǎn)的原因，共有兩種猜想．
猜想一：可能是提燈有兩根導線，其中的電流方向相反，產(chǎn)生的磁場相互抵消．
猜想二：可能是臺燈導線中的電流小，產(chǎn)生的磁場太弱，不足以使小磁針偏轉(zhuǎn)．
接著，它們又設計了如下實驗進行探究，如圖乙所示，用兩節(jié)干電池（3V）和一段電阻絲（12Ω）串聯(lián)，閉合開關后發(fā)現(xiàn)小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)．
①電阻絲中的電流小于（選填“大于”“等于”或“小于”）臺燈中的電流，據(jù)此可以斷定猜想二是錯誤的．
②該實驗中用小磁針的偏轉(zhuǎn)來說明通電導線周圍存在磁場，這是采用了下列哪種物理思想方法？答轉(zhuǎn)換法．
③為了能夠作出與①中同樣的判斷，除了用圖乙的探究方法外，我們還可以采用怎樣的實驗方法？請簡述你的做法．

Answer 1

分析 （1）地球是一個巨大的條形磁鐵，所以其周圍的空間存在著磁場，即地磁場，所以會對其周圍的磁體產(chǎn)生磁力的作用；當小磁針靜止時，其N極指北，S極指南；
（2）①通過公式：I=$\frac{P}{U}$和I=$\frac{U}{R}$，計算臺燈導線中的電流和電阻線中的電流進行比較；
②用小磁針的偏轉(zhuǎn)說明磁場的存在，運用的是轉(zhuǎn)換法；
③改變照明電路中的電流，進行實驗．

解答 解：
（1）由于地球的周圍存在地磁場，所以地球周圍任何范圍內(nèi)的小磁針（指南針）都要受到地磁場的作用而指向南北方向；小磁針指南的一端為S極；
（2）①臺燈導線中的電流為：I_燈=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{220V}$≈0.27A；
電阻線中的電流為：I_阻=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{12Ω}$=0.25A；
電阻絲中的電流小于臺燈中的電流；所以臺燈線不能使縫衣針偏轉(zhuǎn)不是由于電流太小引起的，其真正的原因是，臺燈是交流電，并行的導線中瞬間的電流方向是相反的，因此產(chǎn)生的磁場相互抵消，因而不會使縫衣針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；猜想二是錯誤的；
②磁場是看不見，摸不著的，該實驗中用小磁針的偏轉(zhuǎn)來說明通電導線周圍存在磁場，這是采用了轉(zhuǎn)換法；
③把臺燈換成電功率大的電爐進行實驗，觀察小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)．
故答案為：（1）小磁針受到地磁場的作用；S；（2）①小于；二；②轉(zhuǎn)換法；③把臺燈換成電功率大的電爐進行實驗，觀察小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)．

點評 本實驗是電磁學中的綜合性實驗，考查的知識較多，既有轉(zhuǎn)換法的運用，也有控制變量法的研究，是物理學中較典型的實驗之一，是我們應該掌握的．