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现代教育理论强调:教育学生求真和大胆地质疑,远比传授知识本身重要。事实上,物理世界的大多理论或实验结论都要经历住许多质疑和验证,每一次的质疑和验证都会让我们离真理更进一步。伽利略的伟大,我认为不应简单归纳为他对力与运动联系的思考,以及他的伟大发明,最为重要的应该是他敢于向权威提出质疑,并通过逻辑推理和科学实验,将延续2000多年的错误推翻。
U型磁铁也叫蹄形磁铁,是中学物理实验室最常见的磁体之一,对于磁体周围的磁场在初中科学里就已经有过描述。在人教版高中选修3—1中也有类似叙述:U型磁铁N与S极之间的空间可看作匀强磁场。大家看看,这是八年级物理课本上图示的关于磁感线分布情形:
图片上的蹄形磁铁在N与S极之间的空间磁场方向基本一致,近似平行。
而我们用一些小实验就发现这个观点并不正确,就连近似看成匀强磁场也不成立。大家都知道,形象地显示磁感线分布一般采用铁屑模拟,但因为铁屑模拟仅能说明大概形状,却不能表达磁感线方向。也就是说,就算铁屑呈现出平行分布,也不能说明就是匀强磁场,因为方向上可能不同。为了能表达出具体的磁感线方向,我从试验室找来U型磁铁和小磁针进行了以下几组实验。
实验一:两个小磁针进行对照实验(此实验目的是可直观看出方向的不同)取实验室型号U085的U型磁铁用两个小磁针进行对照实验:
图中可以清楚看到:在标有N、S极平齐处,小磁针N极向左,而内侧1厘米左右的小磁针N极向右,与之相反,这说明磁场方向有对调。怎么跟书本上描绘的方向不一样?书上的叙述会不会有错。为了弄清楚问题是不是出在磁铁上面,或者是小磁针极性问题(小磁针容易被强磁场磁化而改变极性)。我又重新找来另一型号的U型磁铁,重新实验,换上一组新的小磁针。
实验二:另一型号U081的U型磁铁用两个小磁针进行对照实验(该磁铁外观较扁平)
实验现象完全相同,在磁极内侧较小距离上同样出现了磁场方向相反的情形。
考虑到小磁针与小磁针之间会有个较弱的作用,我进行了第三次实验,去掉一个小磁针,用一个小磁针缓慢移动,放置到U型磁铁的磁极间的不同位置,发现当小磁针移入磁极间不到1厘米处小磁针强有力的逆转,实验情况还是一样。(下列实验消除另一小磁针的影响)
磁铁对小磁针有作用力,同样,对另各磁铁也会有作用力。我试了试拿一条形磁铁去靠近U型磁铁的磁极,发现条形磁铁的N 极和U型磁铁的磁极S极强有力地吸到了一起,符合异名磁极相吸规律。而当我将磁铁稍稍移至U型磁铁的磁极的两极内侧间,条型磁铁的N 极被U型磁铁的磁极N极强有力地吸了过去(也可能是被U型磁铁的磁极S极斥力推了过去的),怎么变成了同性相吸了。这种作用力还很大,有兴趣的,可以试验一下。
通过上述的几组实验现象,我们已不难看出,U型磁铁的磁极内侧间的不同位置连磁场方向都是相反的。那么选修3—1书本上认为U型磁铁N、S极附近可看作是匀强磁场还正确吗?初中科学书上U型磁铁的磁感线分布还正确吗?利用U型磁铁匀强磁场出的试题还会有科学依据吗?
U型磁铁也叫蹄形磁铁,是中学物理实验室最常见的磁体之一,对于磁体周围的磁场在初中科学里就已经有过描述。在人教版高中选修3—1中也有类似叙述:U型磁铁N与S极之间的空间可看作匀强磁场。大家看看,这是八年级物理课本上图示的关于磁感线分布情形:
图片上的蹄形磁铁在N与S极之间的空间磁场方向基本一致,近似平行。
而我们用一些小实验就发现这个观点并不正确,就连近似看成匀强磁场也不成立。大家都知道,形象地显示磁感线分布一般采用铁屑模拟,但因为铁屑模拟仅能说明大概形状,却不能表达磁感线方向。也就是说,就算铁屑呈现出平行分布,也不能说明就是匀强磁场,因为方向上可能不同。为了能表达出具体的磁感线方向,我从试验室找来U型磁铁和小磁针进行了以下几组实验。
实验一:两个小磁针进行对照实验(此实验目的是可直观看出方向的不同)取实验室型号U085的U型磁铁用两个小磁针进行对照实验:
图中可以清楚看到:在标有N、S极平齐处,小磁针N极向左,而内侧1厘米左右的小磁针N极向右,与之相反,这说明磁场方向有对调。怎么跟书本上描绘的方向不一样?书上的叙述会不会有错。为了弄清楚问题是不是出在磁铁上面,或者是小磁针极性问题(小磁针容易被强磁场磁化而改变极性)。我又重新找来另一型号的U型磁铁,重新实验,换上一组新的小磁针。
实验二:另一型号U081的U型磁铁用两个小磁针进行对照实验(该磁铁外观较扁平)
实验现象完全相同,在磁极内侧较小距离上同样出现了磁场方向相反的情形。
考虑到小磁针与小磁针之间会有个较弱的作用,我进行了第三次实验,去掉一个小磁针,用一个小磁针缓慢移动,放置到U型磁铁的磁极间的不同位置,发现当小磁针移入磁极间不到1厘米处小磁针强有力的逆转,实验情况还是一样。(下列实验消除另一小磁针的影响)
磁铁对小磁针有作用力,同样,对另各磁铁也会有作用力。我试了试拿一条形磁铁去靠近U型磁铁的磁极,发现条形磁铁的N 极和U型磁铁的磁极S极强有力地吸到了一起,符合异名磁极相吸规律。而当我将磁铁稍稍移至U型磁铁的磁极的两极内侧间,条型磁铁的N 极被U型磁铁的磁极N极强有力地吸了过去(也可能是被U型磁铁的磁极S极斥力推了过去的),怎么变成了同性相吸了。这种作用力还很大,有兴趣的,可以试验一下。
通过上述的几组实验现象,我们已不难看出,U型磁铁的磁极内侧间的不同位置连磁场方向都是相反的。那么选修3—1书本上认为U型磁铁N、S极附近可看作是匀强磁场还正确吗?初中科学书上U型磁铁的磁感线分布还正确吗?利用U型磁铁匀强磁场出的试题还会有科学依据吗?