在初中物理電流的磁場這一節(jié)中，提出通電螺線管有磁性。通電螺線管中線圈匝數(shù)增多，磁性增強(qiáng)，通電螺線管中電流增大，磁性增強(qiáng)，在通電螺線管中插入鐵芯，磁性大大增強(qiáng)。課本中對此的演示實(shí)驗(yàn)，在理論上可以達(dá)到預(yù)期效果，但在實(shí)際操作中，由于一些主客觀因素，往往難以做到預(yù)期效果?，F(xiàn)對此作如下探索和改進(jìn)：

1 對原演示實(shí)驗(yàn)的分析

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①如圖1所示，原演示實(shí)驗(yàn)的器材。電流表、線圈、電鍵、彈簧、掛碼，滑動變阻器、導(dǎo)線。

②具體操作情況及原因分析

該演示實(shí)驗(yàn)在具體操作過程中，很難達(dá)預(yù)期效果，彈簧并沒有出現(xiàn)預(yù)期當(dāng)中的拉長、再次拉長、又明顯拉長和進(jìn)一步拉長。在大多數(shù)的操作中，出現(xiàn)的情況是：要么彈簧感覺不到被拉長，要么在增加線圈匝數(shù)、加大電流、插入鐵芯后，掛碼一下子被線圈吸住。

原因分析：

（1）該實(shí)驗(yàn)對彈簧的彈性要求高，彈力太強(qiáng)或太弱均不行，而要選擇彈性適當(dāng)?shù)膹椈蓜t較困難。

（2）彈簧懸掛的高度要求很高，太高、太低均不行。

（3）改變線圈匝數(shù)時，一般只用大、小兩個線圈，而兩個線圈匝數(shù)差別太多。

（4）通過滑動變阻器來加大電流時，由于電流增加的不穩(wěn)定，也會出現(xiàn)上述結(jié)果。

(5)最關(guān)鍵的問題是：在通電螺線管產(chǎn)生的磁場中，場中各點(diǎn)的能量密度正比于各該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方，這也就意味著：通電螺線管對掛碼的吸引力，并不僅僅是隨著距離的減小簡單地呈常數(shù)關(guān)系的反比增加，而是呈平方比增加，從而導(dǎo)致一旦出現(xiàn)掛碼被吸引、彈簧被拉長的現(xiàn)象后，掛碼就會一下子被線圈吸住。

2 對新演示實(shí)驗(yàn)的探索

①實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路

（1）針對原演示實(shí)驗(yàn)中存在的設(shè)計與操作的缺憾，優(yōu)化設(shè)計方案，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，提高演示實(shí)驗(yàn)效果。

（2）克服上述原因分析中提出的問題，利用杠桿原理，通過彈簧秤的讀數(shù)變化，在固定距離下研究通電螺線管磁性強(qiáng)弱的變化。

（3）利用磁性“同性相斥”的原理，設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置。

②儀器裝置及說明

（一）利用杠桿原理的實(shí)驗(yàn)裝置

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如圖2所示，在杠桿的左端用棉線掛一鉤碼，在杠桿的右端等距離處用棉線掛一彈簧秤。通過棉線調(diào)節(jié)鉤碼與線圈的距離，距離控制在2cm左右，如果距離太大，就會影響演示實(shí)驗(yàn)的效果，距離太小，在操作上會帶來一些不便。彈簧秤另一頭用手拉住，在實(shí)驗(yàn)過程中要控制杠桿始終保持平衡。

（二）利用磁性“同性相斥”原理的實(shí)驗(yàn)裝置

如圖3所示，把實(shí)驗(yàn)思路改為“同性相斥”：取一枚鈕扣狀磁鐵和一截木棍，把磁鐵的磁極與通電螺線管磁極相反的一面固定在木棍底部，這樣就造成磁鐵的磁極與通電螺線管磁極相同的面相向，把此實(shí)驗(yàn)裝置放入量筒內(nèi)，注入水，量筒用鐵架臺固定。

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用此實(shí)驗(yàn)裝置還有一關(guān)鍵之處：木棍與磁鐵的平均密度要略大于水的密度（目的是當(dāng)磁鐵受到斥力時能較容易浮起）

③操作步驟及現(xiàn)象

①利用杠桿原理的實(shí)驗(yàn)

（1）按圖2所示組裝好實(shí)驗(yàn)裝置。彈簧秤讀數(shù)為F1。

（2）合上電鍵，由于通電螺線管產(chǎn)生的磁場，彈簧秤讀數(shù)為F2，F(xiàn)2>F1。

（3）線圈匝數(shù)增加后，再合上電鍵，彈簧秤讀數(shù)為F3，F(xiàn)3>F2>F1。

（4）利用滑線變阻器逐步加大電流，彈簧秤讀數(shù)為F4，F(xiàn)4>F3>F2>F1。

（5）在通電螺線管內(nèi)插入鐵芯之后，彈簧秤讀數(shù)為F5，F(xiàn)5>F4>F3>F2>F1。

②磁性“同性相斥”原理的實(shí)驗(yàn)

（1）按圖3所示組裝好實(shí)驗(yàn)裝置。

（2）合上電鍵，由于通電螺線管產(chǎn)生的磁場的磁極和它相向的磁鐵的磁極相同，造成同性相斥，使得試管內(nèi)的木棍浮起一定高度。

（3）線圈匝數(shù)增加后，再合上電鍵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)的木棍 浮得更高。

（4）利用滑動變阻器逐步加大電流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)的木棍隨著電流的增加又緩緩上升。

（5）在通電螺線管內(nèi)插入鐵芯之后，發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)的木棍進(jìn)一步明顯升高。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。