探究一：探究电磁铁的磁性

通电螺线管周围存在着磁场，如果在螺线管中插入铁芯，铁芯被磁化也具有磁性，从而使磁性更强。带有铁芯的螺线管称为电磁铁。电磁铁的磁性与哪些因素有关呢？小康同学决定进行相关的科学探究。

科学探究的第一步是进行必要的猜想：猜想不等于胡猜乱想，它必须以我们所掌握的事实或实验结论为依据。

猜想与假设：

为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小康同学作出以下猜想：

猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性。

猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强。依据：导线中的2A的电流是由两股1A的电流汇合而成的每股电流产生一个磁场，两个磁场合在一起，电磁铁的磁性会增强。

猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。依据：20匝线圈是由两组10匝的线圈组合而成的，每组线圈都产生一个磁场，两个磁场合在一起，电磁铁的磁性会增强。

制定计划与设计实验：

为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：

电池（电压一定）、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材，用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁。

电磁铁磁性的强弱不易直接观察得知，实验中可以根据吸引大头针的多少来判断，磁性越强吸引大头针个数越多，这种方法称为间接法（转换法）。

根据猜想，电磁铁的磁性强弱与多种因素有关，要研究与其中一个的关系，应该控制其它因素相同，这种研究方法称为控制变量法。

进行实验与收集数据：

（1）他将导线绕在铁钉上制成简易电磁铁，并巧妙地通过吸引大头针的个数来显示电磁铁磁性的强弱.

（2）连接好电路，使变阻器连入电路的阻值较大，观察到图（a）所示的情景；闭合开关，观察到图（b）所示的情景；接着，移动变阻器滑片，使其连入电路的阻值变小，观察到（c）所示的情景。

（3）如图（d）将导线绕在两枚铁钉上,构成两个简易电磁铁串联的电路.

分析与论证：

（1）比较图（a）其它各图可知电磁铁断时无磁性，通电时有磁性。猜想A是正确的。

（2）比较图（b）和（c），可知图（b）中的电流较小，从而发现，通过电磁铁的电流越大磁性越强. 猜想B是正确的。

（3）从图（d）的情景看出，在电流相同的情况下，线圈的匝数越多磁性越强。因而猜想C是不全面的，应该补充上电流相同这一条件。

探究二：电动机的转速与什么有关

小明同学在做《探究电动机的转动原理》的探究实验时发现：同一只模型电动机，用三节电池作为电源时的转速比两节电池时要快的多。于是他提出了一个问题：电动机的转动速度与

什么因素有关？

根据已经探究而知的直流电动机原理：通电线圈在磁场中受力转动。因而直流电动的转动速度应该从线圈和磁场这两个方面考虑。于是提出以下的猜想：影响到直流电动机转动速度可能与以下因素有关：

1．磁场的强弱；

2．电流的强弱；

3．电压的大小；

4．线圈的匝数。

制定计划与设计实验：

当线圈与磁场一定时，线圈两端的电压越大，电流也就越大，因而这两个猜想可以合并为一。

利用手头的器材小明同学自制了一个电动机模型。如图2所示，利用回形针折成两个支架，用漆包线绕成线圈，在线圈的两端各伸出约3cm，用小刀刮去两端的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半周或下半周。在线圈的下部放入条形磁铁作为磁场。

根据猜想知电动机的转动速度可能与多个因素有关，要研究与其中一个因素有关系时，应该采用控制变量法。

进行实验与收集证据：

用漆包线缠绕好线圈，将支架、滑动变阻器、电源、开关串联在一起组装好实验装置；闭合开关后用手轻推一下。

在线圈的两端分别接一节与两节电池，比较转动速度的大小；

保持线圈两端的电压相等，改变磁体的个数，比较转动速度的大小；

改变线圈的匝数再进行实验，比较转动速度的大小。

得出的实验结果记录如下：

分析与论证：

根据上述实验可以看出：转动的速度与电流的大小、线圈匝数的多少、磁场的强弱有关。电流越大、线圈的匝数越多、磁场越强则转速越大。

评估：

1．小明在按要求连接好电路后，闭合开关电动机却不转动，原因可能是线圈与支架接触过紧或过松，过紧时摩擦太大，过松时接触不良；也可能是电压过低或滑动变阻器接入阻值太大。

2．实验完毕之后，小明又发现了一个新的问题：缠绕线圈时相同的匝数所用导线的长度不一定相同，缠绕线圈所用导线的有效长度应该也会影响到转速的大小。为了验证自己的猜想是否正确，小明又进行了新的科学探究。

探究三：探究感应电流

小丽同学在微型电扇的插头处接一只发光二极管，用手旋转电扇的叶片，二极管发光了，并且一闪一闪的，说明扇叶在旋转的过程中产生了方向变化的感应电流；将扇叶转动速度加快，二极管变得更亮了。小丽决定对感应电流的产生及其特点进行一番探究。

猜想：

1．感应电流的方向可能与磁场的方向有关；

2．感应电流的方向可能与运动的方向有关；

3．感应电流的强弱可能与运动的快慢有关。

制定计划与设计实验：

根据猜想小丽设计了如图3所示的器材装置进行实验.实验中可以根据检流计（小量程电流表）指针是否偏转来判断电路是否有电流产生；根据指针的偏转方向判断电流的方向；根据指针的偏转角度判断电流的强弱。

进行实验与收集证据：

断开开关，将检流计（小量程的电流表）、开关、导体棒用导线串联起来接入电路中。

2．闭合开关，并使导体棒在磁场中做不同方向的摆动,同时观察指针的变化情况，将观察到的结果填入表格中。实验现象如下：

3．如图4所示，将导体棒放入磁场中放向右移动导体棒时，有感应电流产生；将导体棒固定，向右移动磁体时有感应电流产生；将磁体与导体棒以相同的速度同时向同一方向移动,电流表指针不偏转。

导体棒向右运动时，小量程电流表的指针会偏转，把两个磁极对调，导体棒向右运动时电流表的指针向相反方向偏转；改变导体棒的运动方向，电流表的指针向相反方向偏转。

5．向右移动导体棒，观察指针偏转角度，加快导体棒的移动速度，发生指针偏转角度变大。

分析与论证

1．分析实验步骤2可知：

（1）实验1和实验2比较，说明导体不动时无感应电流；

（2）实验3和实验4比较，说明闭合电路导体做切割磁感线运动，导体中产生感应电流；

（3）在产生感应电流时，电路必须闭合，这可以通过比较实验4和5得到验证。

综合以上分析，根据实验步骤2可知，产生感应电流的条件是:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

据实验步骤3可进一步知道，“切割”是指导体与磁场做相对运动。

变磁场方向或切割磁感线运动的方向可以改变感应电流的方向，从而可知感应电流的方向与磁场方向和切割磁感线运动方向两个因素有关。

根据实验可知猜想3是正确的。

评估：小丽在做探究感应电流方向与哪些因素有关时，猜想金属棒在磁场中运动产生的感应电流的方向可能与磁场的方向有关，也可能与金属棒的运动方向有关。实验步骤如下：

①使金属棒向右运动，看到电流表指针向左偏。

②把磁铁南、北极上下对调，金属棒变为向左运动，看到电流表指针仍向左偏。

根据以上现象，小丽得出感应电流的方向与磁场的方向、棒的运动方向无关的结论。

你认为小丽的结论正确吗？若认为正确请说明现由．若有错，分析小丽得出错误结论的原因_____________________________________________________。

答案：错误。要研究与其中一个因素是否有关，应该控制另一因素相同，即要研究感应电流的方向与磁场的方向是否有关，应该只改变磁场的方向而不能同时改变棒的运动方向。

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