安徽池州一中学子克服万难准确测量当地地磁场强度

图1 小组成员

左起：舒子涵、方中城、孙佳敏、包雅莹

一、引子

焦作市创客教育名师工作室主持人张怀华老师，善于挖掘试题背后的物理真相，为各种存在谬误的试题正本清源。笔者认为，作为物理教师，这是十分重要的工作。张老师曾在2019年4月29日发表一篇题为《行星发动机向哪个方向喷射才能让地球远离太阳？》的文章，一针见血地指出了原题中答案的错误。张老师的这种求真的精神深深地感染着笔者，在这之后不久，笔者也发现了一道题，觉得可能有问题，决定学着张老师的样子，好好研究一把。题目和解析截图如下：

图2 题目与解析

二、实验探究

为了研究这道题，笔者组织了由四名学生组成的探究小组，小组成员是：舒子涵、方中城、孙佳敏、包雅莹这四位同学。

1 第一次探究

我们首先就按照题目中所讲的方法进行试验，发现数据与习题严重不符，隔了好几个数量级（试验用的是微安表，只测出了5微安左右的电流）。

图3 第一次实验器材

图4 第一次实验

图5 摇绳发电效果

经过小组讨论，我们测量了微安表内阻和双绞线内阻，发现原题中直接忽略电表内阻是不符合实际情况的。

图6 双绞线电阻

图7 电流计内阻

第一次小组试验结束后，小组成员及时撰写了实验报告，总结和分析实验中出现的各种情况，为下一次改进做铺垫。

图8 第一次实验报告

2 第二次探究

第一次实验结束后，正值五一假期，笔者网上淘宝了600多米直径0.21mm的漆包线，找到一个废弃的蚊帐钢丝支架，用最大的耐心缠出了一个直径1.13米左右的、匝数为175匝的大线圈，为假期结束小组继续开展实验做好器材准备。为了避免磁阻尼可能带来的不利影响，笔者建议学生使用数字多用电表的直流毫伏档来测量感应电动势。

图9 第二次实验器材

图10 第二次实验

图11 第二次实验报告

第二次实验结束，终于有比较合理的数据了，测得地磁场强度B=9.23×10^-5T ，可是，这却接近是美国国家地球物理数据中心发布的数据的两倍左右了，为什么测量值会偏大，小组成员进行了激烈的讨论，最后在实验报告中猜想了误差来源，为进一步实验做了铺垫。

图12 池州当地的地磁场强度和倾斜角

为了得到更精确的结果，小组成员小心地去除钢丝支架，找来一个家电包装里的泡沫内衬做线圈框架。这一次，同学们依然一如既往的认真细致，做完实验，很快有了数据B=5.51×10^-5T →7.85×10^-5T，比第二次结果更好些了！

3 第三次实验

图13 小组成员在认真地做第三次实验

图14 第三次实验报告

这个结果说明铁质框架可能真得如猜想所说增强了微弱的地磁场。笔者认为这个数据已经很好了，可是探究小组认为还有其他因素没有排除，最好再做一次。看看能不能有更好的结果。

4 第四次实验

于是我们师生一起，借用课间时间做了第四次实验：考虑电表产生的误差可能性最大，决定换一个精度更高的多用电表！到哪去弄呢？笔者想到如果我们学校旁边有一个“顺时针魔方俱乐部”就好了……想着想着，笔者突然有了灵感：雅迪电动车售卖和维修点的刘五九师傅是一个爱动手搞制作而且很热心的人，他那里一定有这宝贝！这不就是我们学校旁边的创客工作室嘛！笔者决定马上动身前往借用，果不其然！

图15 右侧刘师傅的电表比我的高一个数量级

图16 第四次实验装置

这样，第四次实验就提上日程，择机开始。

图17 第四次实验报告

三、感悟

功夫不负有心人，这一次我们获得了四次实验中最好的一次数据B=4.29×10^-5T →4.89×10^-5T ，与专业的精密测量也相差无几了。只要我们认真细致，微弱到高斯级别的弱磁场也能被我们捕捉到。科学探究是一种实践，这种实践需要的是一种科学的精神。作为一名物理教师，很光荣，因为使命重大。

| 创客焦作 | 

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