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探究环形磁铁的磁极

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1 提出问题

众所周知,条形磁铁和蹄形磁铁各有两个小磁极(N极和S极)。那么,环形磁铁有磁极吗?若有,磁极是如何分布的呢?

2 猜想与假设

蹄形磁铁是由条形磁铁弯折而成的。按照安培的分子环流学说:它们都由磁分子定向排列形成磁极(如图1所示)。组成环形磁铁的材料和条形磁铁相同,也由磁分子排列而成,应该有磁极!猜想几种可能的磁极分布如图2所示。

3 设计方案,进行实验

3.1 指向性实验 如图3所示将环形磁铁用细线悬挂起来,看是否有指南北的特性。

现象:图3甲所示没有指向性;图3乙示有指一定的向性,但没有条形磁铁那样明显,难以稳定地指南北。

结论:不能断定有无磁极及磁极分布,必须进一步实验。

3.2 铁粉实验 将环形磁铁放入铁屑中,再轻轻地抖动磁铁,呈现图4所示分布。

显然有磁极。横向分布可以排除,因磁铁厚度不够,还难以断定轴向还是径向分布。仍需进一步探究

3.3 相互作用实验 图5所示实验结果:只有相互排斥,不会相互吸引。由此可以排除径向分布的可能!图6实验结果:证实了环形铁的径向分布。并且看到了磁悬浮现象。

3.4 南、北极的确定 因环形磁铁的高度(厚度)一般较小,指向性实验现象不明显,难以断定南、北极。图7所示对小磁针的作用,图8所示对通电直导线的作用,能确定环形磁铁的南、北极。

4 结论与应用

由以上实验可以确定:环形磁铁和条形磁铁一样,有N、S两个磁极。沿圆环的轴向分布,如图8所示。

4.1 喇叭和话筒 都是利用线圈与环形磁铁的磁场相互作用来工作的,如图9所示。喇叭是将电能转化为机械能,即线圈通以音频电流时,磁场对电流有力的作用,使线圈振动,带动振盆振动而发出声音;话筒是将机械能转化为电能,即声音通过振膜使线圈振动,运动导体在磁场中会产生电流。

4.2 母子扣 男士手机皮套上的母子扣,如图10所示,就是利用环形磁铁磁极间的作用力,使用方便而又牢固。

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