吳彬彬　李琴

摘 要：磁感應(yīng)強(qiáng)度作為一個矢量，其疊加的運(yùn)算法則為平行四邊形定則，但是在人教版教材中并沒有通過實驗驗證其疊加法則的正確性，而在高中階段的知識儲備和有限的實驗器材下也很難完成實驗驗證。本文用兒童的磁力棒玩具進(jìn)行小實驗，近似地對磁場的疊加法則進(jìn)行了驗證。

關(guān)鍵詞：磁力棒；磁場；疊加法則

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）8-0059-2

力作為一個矢量，其運(yùn)算法則為平行四邊形定則，且在高中物理教材中進(jìn)行了實驗驗證，繼而推廣到所有矢量的運(yùn)算法則均為平行四邊形定則。在電場強(qiáng)度的學(xué)習(xí)中，教材是這樣描述的：如果場源是多個點(diǎn)電荷，事實表明，電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度為各個點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。而在學(xué)習(xí)到磁感應(yīng)強(qiáng)度時，教材直接按照平行四邊形定則將磁感應(yīng)強(qiáng)度分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥?，F(xiàn)在各種版本的教材都主張用科學(xué)探究的方法處理物理問題，只用實驗驗證了力的運(yùn)算法則符合平行四邊形定則就直接推廣到所有的矢量運(yùn)算的方法欠妥。對于電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等矢量的運(yùn)算法則在高中階段的知識儲備和有限的實驗器材的情況下做探究性實驗有困難。筆者在與孩子玩磁力棒玩具時發(fā)現(xiàn)用不同的磁力棒個數(shù)通過不同的組合方法可以吸起不同數(shù)量的小鐵球，這里恰恰就包含了磁場疊加的物理知識。

將一根磁力棒吸起的小球的總重力看作G0，一根磁力棒一端的磁感應(yīng)強(qiáng)度看作B0。則當(dāng)二根磁力棒同名磁極吸引小球時，將磁感應(yīng)強(qiáng)度按照平行四邊形定則分解到豎直和水平方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向的理論值為；同樣，當(dāng)三根磁力棒同名磁極吸引小球時，根據(jù)幾何關(guān)系可知每根磁力棒與豎直方向的夾角的余弦值為，磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向的理論值為在將各個數(shù)據(jù)填入表格進(jìn)行對比之前筆者預(yù)測磁感應(yīng)強(qiáng)度用矢量運(yùn)算法則得出的理論值與小球的重力能夠近似相等，但是將各個數(shù)據(jù)填入表1，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不完全吻合。當(dāng)然，由于小球的質(zhì)量不能近似連續(xù)選擇，可能是給實驗帶來了很大誤差的主要原因。

筆者將圖1乙實驗中的一根磁力棒調(diào)了個方向，即相當(dāng)于用一個S極和一個N極同時吸引一個小球，如圖2所示，接著筆者嘗試著吸引更多的小球，發(fā)現(xiàn)小球下方?jīng)]有一點(diǎn)兒磁性。理論分析，確實這種情況下兩根磁力棒在小球處產(chǎn)生的磁場只有水平方向的分量，豎直方向的分量為0，理應(yīng)無法吸起任何數(shù)量的小球。但實際上是在吸起一個小球后無法吸起其他數(shù)量的小球，也就是說與磁力棒直接接觸的小球不能作為研究磁感應(yīng)強(qiáng)度和小球重力關(guān)系的對象。將表1中的三種情況下吸起的小球個數(shù)分別減掉1，如表2所示，可以發(fā)現(xiàn)，此時磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論值和小球的重力吻合得非常好，近似驗證了磁場的疊加法則是平行四邊形定則。

當(dāng)然，在此過程中，由于小球的質(zhì)量不能近似連續(xù)選擇，小球的大小導(dǎo)致研究對像離磁力棒距離不同，與磁力棒接觸的小球為什么不能作為研究對象之一等情況和問題是應(yīng)該改進(jìn)和繼續(xù)研究的，筆者希望用簡單的玩具所做的研究能起到拋磚引玉的作用，希望得到同行的指正。

（欄目編輯 王柏廬）