葉祥勝

(湖南省衡陽(yáng)縣第一中學(xué) 湖南 衡陽(yáng) 421200)

原有的安培力演示器能演示安培力方向與電流方向、磁場(chǎng)方向之間的關(guān)系，還能定量地演示安培力的大小F與電流強(qiáng)度I，通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度L，磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的關(guān)系，即驗(yàn)證安培力公式F=ILB．而改進(jìn)以后的安培力演示器彌補(bǔ)了原儀器操作不太方便、現(xiàn)象不太明顯的不足，取得了很好的實(shí)驗(yàn)效果．

1 儀器裝置及特點(diǎn)

改進(jìn)型安培力演示器主要部件如圖1和圖2所示，對(duì)比原儀器它具有以下特點(diǎn).

圖1 三蹄形磁鐵并排放置，同名磁極在同側(cè)

圖2 改進(jìn)后的安培力演示儀

(1)如圖1，原實(shí)驗(yàn)儀器演示指針偏角太小，最大偏移距離7.5 mm，只能定性地演示安培力與電流大小、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和通電導(dǎo)線長(zhǎng)度成比例的關(guān)系．改進(jìn)以后的裝置成倍地增加了導(dǎo)線長(zhǎng)度、磁場(chǎng)寬度，使安培力成倍地增加，效果非常明顯．

(2)如圖2，采用多股導(dǎo)線代替單股導(dǎo)線增大磁場(chǎng)，線框的偏移距離用指針?lè)糯?，大大地增大了可視性，最小偏移距離可達(dá)50～60 mm．

(3)圖1和圖2所示的兩套儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效果明顯．

2 儀器的制作方法

(1)箱面的制作.用木板制成如圖2所示的裝置，構(gòu)成一個(gè)雙形支架，木箱內(nèi)用導(dǎo)線連接好電路，箱面裝電源接線柱兩個(gè)，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)．

(2)線框的制作.用細(xì)銅線繞成3個(gè)不同大小的多匝線框，3個(gè)線圈的匝數(shù)相同，分別放入1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)相同蹄形磁鐵，把3個(gè)線圈構(gòu)成一個(gè)整體線框，將3個(gè)線圈首端連接在一起，標(biāo)為零號(hào)接線柱，尾端分別標(biāo)為1，2，3號(hào)接線柱，0-1接線柱標(biāo)為1號(hào)線框，0-2，0-3接線柱分別標(biāo)為2號(hào)、3號(hào)線框，在線框下端固定一根細(xì)銅棒，線框放在雙形支架上靈活擺動(dòng)，帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，用有機(jī)玻璃板制成刻度盤．

3 儀器的演示方法

演示時(shí)首先將低壓電源或干電池4節(jié)、直流電流表(0～0.6 A)、滑動(dòng)變阻器(0～50 Ω)，與演示器組成串聯(lián)電路，如圖3所示．控制變量逐步演示安培力與磁場(chǎng)B，電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L之間的關(guān)系．

圖3 演示器連入電路實(shí)物圖

(1)演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力方向

將演示器0-1接線柱接入電路中，線框內(nèi)放入一個(gè)蹄形磁鐵，接入3～6 V直流電源，分別改變電流方向和磁場(chǎng)方向，觀察指針的偏轉(zhuǎn)方向，從而得到磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力方向與磁場(chǎng)B和電流I方向的關(guān)系．

(2)演示安培力的大小與電流的大小的關(guān)系

分別將演示器0-1，0-2和0-3接線柱接入電路中，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變電路中的電流，觀察并記錄指針偏轉(zhuǎn)角度的格數(shù)，得出安培力的大小與電

流成正比的結(jié)論．

(3)演示安培力的大小與通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度的關(guān)系

把3個(gè)相同的蹄形磁鐵放入線框內(nèi)，保持電流大小和方向不變，將電路分別接接線柱0-1、0-2和0-3，以改變導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，觀察并記錄指針偏轉(zhuǎn)角度的格數(shù)，得出安培力的大小與導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比的結(jié)論．

(4)演示安培力的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)弱的關(guān)系

將演示器的0-1接線柱接入電路中，保持電流不變，將強(qiáng)弱不同的磁鐵分別放入線框內(nèi)，觀察并記錄指針偏轉(zhuǎn)角度的格數(shù)，得出安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比的結(jié)論．

使用改進(jìn)型安培力演示器能夠很方便地演示安培力與磁場(chǎng)、電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中如果注意指針刻度調(diào)零、線框保持豎直和擺動(dòng)靈活，蹄形磁鐵并放時(shí)保持一定的距離且線框相對(duì)磁鐵位置保持不變等細(xì)節(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將更精確．