探究鐵屑法立體演示磁鐵磁感線

摘 要：傳統(tǒng)演示磁鐵磁場(chǎng)分布的教學(xué)實(shí)驗(yàn)往往局限于二維平面，難以呈現(xiàn)磁場(chǎng)的實(shí)際空間分布。本文針對(duì)鐵屑法演示實(shí)驗(yàn)加以探究改進(jìn)，達(dá)到立體演示磁鐵磁感線空間分布的效果，既體現(xiàn)了教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，又增強(qiáng)了教學(xué)趣味性。

關(guān)鍵詞：鐵屑法；立體演示；磁感線

將混有細(xì)鐵屑的硅油慢慢倒入魚(yú)缸中待用，上課演示時(shí)，先用攪拌棒將魚(yú)缸中的硅油均勻攪拌，使沉淀的細(xì)鐵屑懸浮于硅油中。硅油中的鐵屑在磁場(chǎng)力的作用下會(huì)呈現(xiàn)一定的空間分布，從而達(dá)到立體演示磁鐵磁感線的效果，這樣既體現(xiàn)了教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，又增強(qiáng)了教學(xué)趣味性。

一、常用磁感線演示實(shí)驗(yàn)分析

現(xiàn)行物理教材中，關(guān)于磁感線實(shí)驗(yàn)，通常采用鐵屑在磁鐵周圍的分布或大量小磁針在磁鐵周圍分布演示磁鐵周圍的磁感線，從而表現(xiàn)磁鐵周圍的磁場(chǎng)。

例1采用鐵屑法演示磁鐵周圍磁感線的分布

步驟如下：在桌面上各放兩本厚書(shū)，在書(shū)上架上玻璃，保持玻璃水平。將條形磁鐵水平放在光滑的玻璃下并且緊靠玻璃，輕輕地在玻璃上均勻撒上準(zhǔn)備好的鐵屑，輕輕地敲打玻璃足夠長(zhǎng)的時(shí)間。于是能觀察到玻璃上的鐵屑形成了磁感線的形狀。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們用鐵屑演示條形磁鐵周圍磁感線的分布情況，直觀、形象地演示磁鐵周圍的磁場(chǎng)。

例2采用小磁針?lè)ㄑ菔敬盆F周圍磁感線的分布

步驟如下：將條形磁鐵平放在桌面上，在磁鐵周圍擺上大量的小磁針，于是大量小磁針就展示了磁感線的分布。

例3采用蠟層固定方法演示磁鐵周圍磁感線的分布

步驟如下：先將一根條形磁鐵放在水平的玻璃板底下，再將用石蠟浸漬過(guò)的白紙放置于玻璃板之上，然后在白紙上均勻地撒上一些鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑即在磁力作用下排列成一定的圖形。然后將銅絲一端穿上棉花球，蘸上酒精，并點(diǎn)燃棉花球。把點(diǎn)燃的棉花球放在蠟紙上方，順次烘烤。讓蠟全部熔化。然后熄滅火焰，待蠟冷卻凝固后，鐵屑就被石蠟固定在蠟紙上，將蠟紙豎直起來(lái)就可以讓學(xué)生觀看條形磁鐵周圍的磁力線分布情況。如事先做好幾張的話，可分發(fā)給學(xué)生觀看。

點(diǎn)評(píng)：上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)被大家所認(rèn)可并使用了很多年，但卻有以下不足之處：（1）由于玻璃板必須水平放置，故學(xué)生不易觀察；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)細(xì)鐵屑磁化后的分布情況，容易得出磁感線僅在一個(gè)平面，而非遍布磁體周圍空間的結(jié)論，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性；（3）輕敲玻璃板過(guò)程中，不太容易形成理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

二、實(shí)驗(yàn)的探索與改進(jìn)

從傳統(tǒng)的二維平面演示改進(jìn)為三維立體演示磁感線空間分布，可大大增強(qiáng)教學(xué)效果，提高教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性、互動(dòng)性和趣味性。如用鐵屑法演示磁鐵磁感線分布較為形象直觀，但若要實(shí)現(xiàn)空間立體演示，就要解決細(xì)鐵屑如何“懸浮”問(wèn)題。

1.改進(jìn)思路。（1）采用魚(yú)缸等通透性較好的玻璃容器進(jìn)行演示，可使學(xué)生360度全方位觀察磁場(chǎng)空間分布情況。（2）硅油具有黏性和通透性，可以恰當(dāng)?shù)亟鉀Q鐵屑下沉及觀察清晰度的雙重問(wèn)題。

2.所需器材。玻璃容器（魚(yú)缸1個(gè)）、鐵架臺(tái)（1臺(tái)）、馬蹄型磁鐵（1塊）、細(xì)鐵屑（若干）、硅油（1桶）、攪拌棒（1根）、細(xì)繩（1根）、大功率手電筒（1個(gè)）。

3.操作過(guò)程。（1）將鐵架臺(tái)放置于桌上，用細(xì)繩將馬蹄形磁鐵懸掛于鐵架臺(tái)上。（2）將處于懸掛狀態(tài)的馬蹄形磁鐵放入一魚(yú)缸內(nèi)，并處于靜止?fàn)顟B(tài)，注意馬磁鐵要保持懸空。（3）往魚(yú)缸內(nèi)加入硅油，直至將磁鐵完全淹沒(méi)，使磁鐵完全浸入其中。硅油濃度要適中。如濃度過(guò)大，可加適量水進(jìn)行稀釋。因硅油具有黏性和通透性，可以較好地解決細(xì)鐵屑“懸浮”問(wèn)題，同時(shí)達(dá)到便于觀察的目的。（4）均勻?yàn)⑷爰?xì)鐵屑，并用攪拌棒攪拌均勻。（5）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，魚(yú)缸中會(huì)立體地呈現(xiàn)出馬蹄形磁鐵周圍磁場(chǎng)的空間分布情況。等待時(shí)間越長(zhǎng)，演示效果越明顯。

4.注意事項(xiàng)。（1）鐵屑的粒子要細(xì)，撒在硅油里要均勻和適量。為此，可把鐵屑放在有塑料瓶蓋的瓶中，瓶蓋上預(yù)先打些小孔。蓋上瓶蓋，倒轉(zhuǎn)瓶子并搖動(dòng)，就可均勻地撒出鐵屑。（2）硅油要將磁鐵完全淹沒(méi)，攪拌時(shí)不要用太大的力氣，以免攪動(dòng)磁鐵。（3）硅油濃度要適中，過(guò)稀鐵屑容易沉淀，過(guò)濃不利于鐵屑的舒展。其中實(shí)驗(yàn)所用硅油為市面上普通硅油，其主要成分基本是水，并添加部分聚乙烯醇、白乳膠、硬脂酸鈉、滑石粉、尿素、乙二醇、蔗糖、香精等。如濃度過(guò)高時(shí)可直接加水進(jìn)行稀釋，硅油和加水的比例約為5：1；過(guò)稀時(shí)可以加入工業(yè)用透明增粘劑或?qū)⒐栌椭糜陉?yáng)光下晾曬使部分水分蒸發(fā)。筆者通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)國(guó)森系列普通硅油具有無(wú)色無(wú)味、固化速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，比較合適。（4）如因天氣原因?qū)е鹿饩€不好，影響觀察，可利用大功率手電筒或射燈照射魚(yú)缸，方便觀察。

5.改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)。演示時(shí)可以清晰地看到鐵屑在磁鐵磁場(chǎng)作用下真實(shí)的空間立體分布情況，增強(qiáng)了教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和趣味性。

綜上所述，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的二維演示特點(diǎn)，真實(shí)地展現(xiàn)了磁鐵磁場(chǎng)的空間分布，提高了教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，達(dá)到了磁場(chǎng)三維立體演示效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣華.談?wù)劇洞艌?chǎng)、磁感線》的教學(xué)[J].科學(xué)咨詢（教育科研），2008（12）.

[2]繩長(zhǎng)建.自制立體磁場(chǎng)演示器[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2007（11）.