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学习完《电磁转换——磁体与磁场》一节内容,学生们兴趣盎然,意犹未尽。有好之者课后向老师借各种形状的磁体把玩,体会磁世界的无穷乐趣。更有乐之者不知从何处搞来一些永磁体,自由和大胆地反复见识课堂上的各种现象和规律,不亦乐乎。
奇迹终于被这群天真好动爱琢磨的孩子们发现了!他们带来了困惑:
“老师,您说磁极间相互作用的规律是什么?”
“当然是同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引了。”
“那我们还发现了同名磁极相互吸引的现象!”
其中的一个学生迫不及待地给我做了示范实验(如图1-3):1、先将大小两块永磁体相互吸引在一起,判断他们是异名磁极;2、接着将小磁体翻转再与大磁体相互靠近体验排斥;3、继续将小磁体靠近大磁体直至最后小磁体与大磁体重新相互吸引在一起!
我一下子也傻了眼,很怀疑地拿过来自己又重复了刚才的过程。千真万确!难道……
对于这个大大的疑团,我首先肯定的是“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”这个磁学第一定律的内容。再冷静思考,猜想可能在磁极相互作用的距离上和磁体的质量或者是磁场强弱方面受到了影响。于是我又做了两个对比实验,一是用两个质量和磁性差不多的磁体实验(如图4),上述现象没有得到验证。另一是用大质量弱磁性和小质量强磁性两个磁体实验(如图5),也没有出现上述实验现象。
因此我尝试着从磁性和磁化的两个角度对这个奇怪的现象作出解释:电流具有磁效应(第二小节内容),把磁铁分子或原子看成一个整体,分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和,可用一个等效的圆电流表示,把这个等效的圆电流称为分子电流。正如安培假说:在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。比如:一根铁棒,在未被磁化的时候,内部各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性。当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极。至于有的物质能被磁化,有的不能,有的物质消磁快,有的慢,这与其微观结构有关,归根到底是其微观结构影响了分子电流的分布。永磁体的分子电流也是如此。从以上观点看,之所以能出现同名磁极相互吸引的假象,是因为小磁体在一定距离内受到了大磁体强磁场的作用而改变了分子电流的分布,从而使得靠近大磁体的一端改变了磁极,最终变成异名磁极相互吸引。而后面的两个对比实验不能成功可能就是因为甲磁体不能改变乙磁体的分子电流罢了。
这样的解释虽然不能彻底解开学生心中的疑团,但我相信这个探究活动已经叩开了学生热爱物理热爱科学的心灵之门,而这种影响终究会积极引导学生科学探究一辈子。
(作者单位:江苏省扬州市广陵区泰安学校)
奇迹终于被这群天真好动爱琢磨的孩子们发现了!他们带来了困惑:
“老师,您说磁极间相互作用的规律是什么?”
“当然是同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引了。”
“那我们还发现了同名磁极相互吸引的现象!”
其中的一个学生迫不及待地给我做了示范实验(如图1-3):1、先将大小两块永磁体相互吸引在一起,判断他们是异名磁极;2、接着将小磁体翻转再与大磁体相互靠近体验排斥;3、继续将小磁体靠近大磁体直至最后小磁体与大磁体重新相互吸引在一起!
我一下子也傻了眼,很怀疑地拿过来自己又重复了刚才的过程。千真万确!难道……
对于这个大大的疑团,我首先肯定的是“同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引”这个磁学第一定律的内容。再冷静思考,猜想可能在磁极相互作用的距离上和磁体的质量或者是磁场强弱方面受到了影响。于是我又做了两个对比实验,一是用两个质量和磁性差不多的磁体实验(如图4),上述现象没有得到验证。另一是用大质量弱磁性和小质量强磁性两个磁体实验(如图5),也没有出现上述实验现象。
因此我尝试着从磁性和磁化的两个角度对这个奇怪的现象作出解释:电流具有磁效应(第二小节内容),把磁铁分子或原子看成一个整体,分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和,可用一个等效的圆电流表示,把这个等效的圆电流称为分子电流。正如安培假说:在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。比如:一根铁棒,在未被磁化的时候,内部各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性。当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极。至于有的物质能被磁化,有的不能,有的物质消磁快,有的慢,这与其微观结构有关,归根到底是其微观结构影响了分子电流的分布。永磁体的分子电流也是如此。从以上观点看,之所以能出现同名磁极相互吸引的假象,是因为小磁体在一定距离内受到了大磁体强磁场的作用而改变了分子电流的分布,从而使得靠近大磁体的一端改变了磁极,最终变成异名磁极相互吸引。而后面的两个对比实验不能成功可能就是因为甲磁体不能改变乙磁体的分子电流罢了。
这样的解释虽然不能彻底解开学生心中的疑团,但我相信这个探究活动已经叩开了学生热爱物理热爱科学的心灵之门,而这种影响终究会积极引导学生科学探究一辈子。
(作者单位:江苏省扬州市广陵区泰安学校)