“通电螺线管的磁场”实验改进

摘 要：浙教版《科学》教材中八年级下册《电生磁》中“通电螺线管的磁场”实验在教学中很难成功，通过对电流、线圈匝数、铁钉长短粗细等的分析，极大提高了该实验的成功率，引出电磁铁的学习，也为电磁铁磁性强弱影响因素的探究学习奠定基础。

关键词：通电螺线管；线圈匝数；磁性

根据教材提供的活动方案，涉及的器材有：电池、导线、绕成螺线管的导线、大头针、铁钉或铁棒等。

该实验操作非常简单，只需连接一个闭合电路，想要达到的实验现象及目的是：

（1）步骤1中用导线绕成螺线管后通电，不能吸引大头针，说明通电螺线管周围存在着磁场很弱。

（2）步骤2在螺线管中插入一根铁棒或一枚铁钉，吸引了较多的大头针。比较步骤1和步骤2的结果，说明在通电螺线管中插入铁芯能增强磁性。

一、 实验的困难与原因

在实际教学过程中，如果按照教材的要求进行实验，往往出现以下情况：无论是否插入铁钉或铁棒都不能吸引大头针，这样就既不能说明通电螺线管周围存在磁场也无法对比得出增强磁性的方法，也对电磁铁概念的引出造成极大的影响。

分析该实验失败的原因，主要有以下几点：

1. 电路中电流问题：通电螺线管周围磁场大小与电流大小有关，如果电路中电流过小，导致磁场强度不够，不能吸引大头针。

2. 导线粗细问题：根据导线电阻与横截面积的关系可知，导线横截面积越大，电阻越小，那么电路中电流越大，磁性越强，更容易吸引大头针。

3. 线圈匝数问题：电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关，如果绕成螺线管的线圈匝数过少，那么通电螺线管周围的磁性也比较弱，不容易吸引大头针。

4. 铁钉问题：由于市面上一些铁钉含有较高的其他金属的含量，还有一些铁钉表面镀上锌、铜等，而且大小、长短不同的铁钉被磁化后的磁性强弱也不同。如果铁钉材质、大小、长短选择不好，对实验结果的影响很大。

5. 大头针质量问题：尽管我们尽量增大电磁铁的磁性，但如果大头针质量较大，电磁铁的磁性依旧不易增强到能吸引大头针，给实验的成功增添难度。

二、 实验的改进

为了解决以上问题并达到实验的目的，可进行以下改进：

1. 实验器材

（1）若干节干电池、开关、小磁针。（2）粗导线：导线要选用较粗的导线，可以是实验室中的较粗的铜导线，也可以是网线中的导线或镀银导线。（3）剪刀、订书机中的小钉子：订书机中的小铁钉比较细小，可以用剪刀把订书机中一枚小铁钉剪成3份或4份。（4）插入的铁钉：由于钢铁的种类很多，插入螺线管中的铁钉一定要注意材质的选择，为实验的成功我们可以选择较长较大的普通铁钉。

2. 实验步骤

（1）连接电路图，并把粗导线绕成n圈螺线管。（2）把螺线管靠近小磁针，闭合开关观察小磁针是否发生偏转，并观察是否能吸引小钉子。（3）在螺线管中插入一枚铁钉，再观察吸引吸引小钉子的个数。（4）对比两次实验结果，想一想，这说明了什么？

三、 实验注意事项

1. 由于電磁铁的磁性强弱是根据吸引小钉子的个数来判断的，该实验现象与电流大小、线圈匝数、导线的粗细、铁钉的选择等都有一定的联系。（说明：小钉子是订书钉，一枚等分成4份）

从以上实验数据可以得出，为了使实验效果更明显，线圈匝数要稍多，电流基本上要大于2A，插入螺线管中的铁钉要较大较长，而绕成螺线管的导线材质对实验的结果影响并不是很大。

2. 该实验要成功，插入的铁钉选择相当重要，可以选用普通铁钉，如果选用水泥钉等，实验成功率极低。并且，插入铁钉后通电吸引小铁钉时，要让插入铁钉的尖端在所绕螺线管的末端附近，相当于在通电螺线管的两极，这样铁钉被磁化后磁性更强，实验效果更好。

3. 为了让电路中有足够大的电流，该电路是短路状态，因此消耗电源电压非常大，实验一结束需马上断开。

作者简介：

叶咪咪，浙江省台州市，浙江省三门县三门初级中学。