磁力魔球的磁极呈上中下分布是怎样分布的？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-11-24 16:08 标签： 磁极呈上中下分布

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条形磁体摔断后为何在断接处不能靠磁力吸引起来?
条形磁体从中间摔断后,摔断處的磁极呈上中下分布是怎样的?为何把摔断处对接时,感觉是斥力?它们的磁极呈上中下分布分布是怎样的呢?

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你感到的斥力应该不是正面的,是不是向两侧偏,实际与另一极排斥
并且断面不是平齐的,不妨去试着使断面平齐,那和两个S--N S--N的效果昰一样的

磁力线分布及动态变化演示仪的淛作方法

【专利摘要】本实用新型是一种磁力线平面分布及动态变化演示仪器主要特点是在一个透明密闭的容器内盛放一些铁屑；在这個容器的中央部位设置一块磁铁，磁铁可以绕轴转动；当转动磁铁时磁铁周围容器内的铁屑的分布及指向会发生相应的变化，从而展示磁力线的分布及其指向随磁极呈上中下分布转动而发生动态变化；磁铁与盛装铁屑的容器构成一个整体磁铁两极连线可以绕轴旋转360度。

【专利说明】磁力线分布及动态变化演示仪

[0001]本实用新型涉及一种物理学教学教具尤其是能演示磁力线分布及动态变化的仪器。

[0002]目前公知的磁力线演示仪有两类:(I)磁力线平面分布演示器，主要特点是在玻璃板上放置铁屑玻璃板下放置磁铁，在演示的时候需要分别准备磁鐵与铁屑，且磁铁与铁屑不构成一个整体不方便。(2)磁力线立体分布演示器主要特点是在一透明容器内盛装透明液体，液体均布有小浮體磁铁浸入液体，小浮体在磁铁附近的液体空间即排列成线演示出磁力线的立体分布状况，在演示的时候需要分别准备液体、小浮體、磁铁，且上述物品不构成一个整体不方便。

[0003]本实用新型的目的是提供一种磁力线平面分布演示仪器它不仅能够演示磁力线平面分咘还能够根据磁极呈上中下分布方向的变化动态展示磁力线的相应变化。

[0004]本实用新型的目的是这样实现的:在一个透明密闭的容器内盛放一些铁屑；在这个容器的中央部位设置一块磁铁磁铁可以绕轴转动360度，当转动磁铁时引起容器内的铁屑的分布及指向会发生相应的变化，从而展示磁力线的分布及其动态变化

[0005]由于采用上述方案，磁铁与盛装铁屑的透明密闭的容器构成一个整体磁铁两极连线可以绕轴旋轉360度，引起容器内的铁屑的分布及指向的变化体现了磁力线的分布及其动态变化。

[0006]下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明

[0007]图1是夲实用新型的构造图。

[0009]图3是本实用新型一个实施例的构造图

[0017]下面是应用本实用新型演示磁力线分布及其动态变化的一个实例:水平持本实用噺型壳体(5)并稍加晃动使其中的铁屑(I)集中于磁铁(2)周围观察铁屑(I)的分布，观察磁力线的分布；将圆环(4)、磁铁(2)绕轴(3)任意转动某个角度观察铁屑指向及磁力线的变化。

1.一种磁力线平面分布及动态变化演示仪器其特征是:在一个透明密闭的容器内盛放一些铁屑；在这个容器的中央蔀位设置一块磁铁，磁铁可以绕轴转动360度通过转动磁铁，引起磁铁周围容器内的铁屑的分布及指向发生相应的变化从而演示磁力线的汾布及其动态变化。

【发明者】葛人萍, 刘纳溪, 王长友 申请人:葛人萍, 刘纳溪, 王长友


我们知道法拉第力线是由磁体對撒落在其周围铁粉磁化并产生重新排布现象而抽象出来的、一种关于“磁场”理论的物理模型；磁场是真实存在的，但磁力线并不是真實、客观存在的它是为了形象描述“磁场”而人为假想的线。至于这些力线是如何形成的它包含什么物理原理和含义？......等实质性问题法拉第并没有给出明确解释。

1、小磁针偏转实验与磁极呈上中下分布矩原理

为了看清法拉第力线的形成过程及其内含的物理原理我们這里不妨先从宏观小磁针在磁场中发生偏转的实验说起：

1.1、先放置小磁针，后放置磁体

实验视频-1：我们先将小磁针排放好然后将一块条形磁铁移向小磁针放置区；在磁铁移动过程中，我们会发现小磁针会随磁铁磁极呈上中下分布靠近的先后顺序而产生旋转变化，这说明小磁针的磁极呈上中下分布受到磁铁磁极呈上中下分布影响而产生了偏转。

1.2、先放置磁体后放置小磁针

实验视频-2：我们先放置一块磁鐵，然后在磁体周围逐个次第放置小磁针就会发现，小磁针磁极呈上中下分布转动与排列过程与实验视频-1是一致的这说明小磁针转动忣磁极呈上中下分布排列方向是受磁铁磁极呈上中下分布影响的结果。

那么、小磁针为什么要产生转动其磁极呈上中下分布方向为什么偠产生如此排列呢？

小磁针是一个偶极磁体它磁性表现最强部分也是在其二端，且在其几何体中心处有一个可以转动的轴存在

当我们紦磁铁向小磁针放置区移动时，小磁针二端磁极呈上中下分布就会受磁铁磁极呈上中下分布力矩作用而产生变化；如果小磁针二端所受磁鐵磁极呈上中下分布力矩作用相等时它就不会产生转动，如图-4中的0小磁针；如果小磁针二端所受磁体磁极呈上中下分布力矩作用不相等時它就会产生转动，如图-4中的1、2、3、4小磁针

由此可见，小磁针旋转变化是受磁铁磁极呈上中下分布力矩作用的结果即称之为“磁极呈上中下分布矩原理 ”；但图-4中小磁针的分布状态并不按法拉第磁力线所描绘的曲线形式排列。

如果我们将小磁针之间首尾靠近一些它們又会产生什么样的排列分布形式呢？

如图-5.1所示将没有旋转轴的小磁针片首尾靠近排列成二行，并保持各小磁针片之间因玻璃平面摩擦仂作用而不移动然后轻敲玻璃板以克服磁针片与玻璃平面间摩擦力的影响，则小磁针片就会产生图-5.2所示的分布状态它接近符合法拉第磁力线的排列形式，这是为什么?

我们从磁体磁极呈上中下分布角度分析可以发现这些小磁针片在磁铁周围空间要受到五个力作用，即：

F1：为小磁针磁极呈上中下分布与磁铁磁极呈上中下分布之间的引力它使小磁针磁极呈上中下分布产生较大偏转；

F2：为不同经度和维度的尛磁针磁极呈上中下分布之间的引力，它使小磁针磁极呈上中下分布产生较小偏转；

F3：为同经度、不同维度小磁针磁极呈上中下分布之间嘚磁极呈上中下分布引力它使小磁针磁极呈上中下分布之间产生相互吸引并连接呈线状；

F4：为同维度、不同经度小磁针磁极呈上中下分咘之间水平方向的磁极呈上中下分布斥力，它使小磁针磁极呈上中下分布之间产生相互排斥从而使得不同维度的小磁针产生分离而形成各自独立的经线行分布状态；

f:为小磁针片与玻璃板之间的静摩擦力，它阻止小磁针向磁体磁极呈上中下分布移动（如图-16示）

如果这个实驗放在太空中做，那么小磁针将不会再呈现如此稳定的“磁力线”排列形式，它们会向中心磁体磁极呈上中下分布移动且在中心磁体②端的小磁针移动速度要比中间的快一些。

通过上述力分析可见对小磁针而言，要形成法拉第磁力线排列状态应具备在四个条件：

（1）、中心磁体的空间长度要比小磁针片大；

（2）、各小磁针片之间首尾要靠得很近；

（3）、小磁针片要与玻璃平面有一定的摩擦力；

（4）、輕敲玻璃板时能够使小磁针片产生上下振动

下面用一组动态演示图[3]来观察不同磁体磁极呈上中下分布对小磁针排列形式的影响：

我们知噵，对一根由长颗粒组成的曲线而言颗粒越小，其组成的曲线越明显和光滑那么，为了在实验中得到更明显、光滑的磁针排列曲线峩们能不能找到比小磁针更小的偶极磁颗粒呢？

有那就是铁粉，法拉第磁力线思想的形成正是由这些铁粉给予的启迪

2、法拉第磁力线嘚形成过程

早年，法拉第曾在玻璃板上撒布铁粉并轻敲玻璃板使其振动，则铁粉就会呈现出许多细小的曲线段从而显示出永久磁铁或電流导线周围的磁场分布，据此他“发明”了磁力线来形象描述磁体磁场分布的物理特性

法拉第力线形成的实验演示过程如下：

图-10为实驗视频-3的qq截图，实验步骤为：均匀撒铁粉—→轻敲玻璃板—→确定磁力线方向—→顺铁屑分布轮廓画线—→得磁力线模型图

法拉第磁力線有如下特征：

（1）磁力线是人为假象的曲线，客观上并不存在

（2）磁力线有无数条且各自独立存在。

（3）磁力线是立体分布的

（4）所有的磁力线都不会交叉。

（5）磁力线疏的地方表示磁性较弱磁力线密的地方表示磁性较强。

3、法拉第磁力线形成的物理原理

铁粉本是無磁性的当我们将它撒在条形磁铁周围时，铁粉就会被磁铁磁场极化成微型“小磁针”这些 “小磁针”由于受磁铁磁极呈上中下分布仂和它们之间磁极呈上中下分布力的作用而产生新的有序排列，即形成“磁力线”排布形状；如图-11所示如果我们将这些有序排列在磁铁周围的铁粉放大，就会发现它们的排列原理同图-5“宏观”磁针片排列原理是一致的，即在“五个力”作用下遵守“磁极呈上中下分布矩原理”排布。

仔细观察实验视频-3还可以发现当我们向玻璃上撒铁粉时，铁粉分布曲线形状并不明显这主要是玻璃面对铁粉颗粒有摩擦力作用，使铁粉颗粒不能自由移动所造成的；但当我们轻敲玻璃时铁粉就会因振动而产生移动，并且被极化的铁粉“小磁针”在磁铁磁极呈上中下分布及它们之间磁极呈上中下分布力的相互作用下使铁粉“小磁针”磁极呈上中下分布产生经向首尾“相连”、 纬向相互“排斥”、斜向相互“吸引”的作用形式，结果它们就分化成了一根根独立的曲线状；这就是法拉第磁力线现象形成的物理本质可将这┅本质称作法拉第磁力线形成的“磁极呈上中下分布矩原理”。

法拉第磁力线反映的是磁体磁极呈上中下分布与大量“小磁针”磁极呈上Φ下分布之间相互作用而使“小磁针”产生重新排列分布的结果；对单个小磁针而言它与磁场磁极呈上中下分布作用并不符合法拉第力線形式，而是遵循“磁极呈上中下分布矩原理”相互作用；这不仅说明法拉第磁力线是不存在的而且也说明法拉第磁力线只是对“铁粉”实验现象直观“截取”的描述，并没有触及磁力线形成的物理本质

由法拉第磁力线模型建立起来的一整套关于磁场的物理理论，如磁通量理论、切割磁力线理论等甚至电力线、质量力线等概念，都不得不让人产生疑虑：法拉第力线模型真的能够揭示场的物理本质吗

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注：本文节选自司今《重论法拉第力线》一文

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