阮長久, 蘇 靜

(金華第一中學(xué)，浙江 金華 321015)

1 教材中的演示方法

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書選修3-1第三章第2節(jié)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”中安排了演示實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，3塊相同的蹄形磁鐵并列放在桌上，可以認(rèn)為磁極間的磁場(chǎng)是均勻的，將1根直導(dǎo)線水平懸掛在磁鐵的兩極間，導(dǎo)線的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向(由下向上)垂直. 有電流通過時(shí)導(dǎo)線將擺動(dòng)，通過擺動(dòng)角度的大小可以比較導(dǎo)線受力的大小. 分別接通“2,3”和“1,4”，可以改變導(dǎo)線通電部分的長度. 電流由外部電路控制. 先保持導(dǎo)線通電部分的長度不變，改變電流的大小；然后保持電流不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度. 觀察這2個(gè)因素對(duì)導(dǎo)線受力的影響.

圖1 教材中的演示裝置

2 設(shè)計(jì)思想

把通電的導(dǎo)線框放入用2塊釹鐵硼超強(qiáng)長方形磁鐵相互靠近形成的磁場(chǎng)中，矩形線框平衡在豎直位置不動(dòng)時(shí)，通電導(dǎo)線在豎直方向上受到的安培力等于力傳感器拉力的變化，通電導(dǎo)線的電流由電流傳感器來測(cè)量，導(dǎo)線的單匝有效長度用磁鐵的寬度來表示. 在導(dǎo)線匝數(shù)不變的情況下，改變電流的大小形成同一實(shí)驗(yàn)裝置多組數(shù)據(jù)的對(duì)比，把這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入表格中，再利用電腦F-I圖像中擬合，直接可以判斷安培力和電流之間的關(guān)系. 在電流大小一定的情況下，改變導(dǎo)線的匝數(shù)，把這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入另一個(gè)表格中，再利用電腦F-L圖像中擬合直線，直接可以判斷安培力和導(dǎo)線匝數(shù)之間的關(guān)系，總結(jié)出磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流大小、導(dǎo)線長度無關(guān).

3 制作材料

10 cm×13 cm釹鐵硼超強(qiáng)方形磁鐵2塊，長度為25 cm、寬為3 cm、高為10 cm帶有凹槽的長木板1塊，直徑為0.3 mm的漆包線6根(長度分別為3.5，7，10.5，14，17.5，21 m)，鋼鋸1把，朗威電流傳感器和力傳感器各1套，膠水1瓶，自制架1個(gè)，滑動(dòng)變阻器1個(gè)，鐵架臺(tái)2個(gè)，電腦1臺(tái)，學(xué)生電源和導(dǎo)線若干.

4 裝置制作

用鋼鋸把木架做好，再把釹鐵硼超強(qiáng)方形磁鐵放入木架中，該裝置用以固定釹鐵硼超強(qiáng)方形磁鐵，以防止實(shí)驗(yàn)過程中2塊釹鐵硼超強(qiáng)方形磁鐵吸在一起難以分開. 把導(dǎo)線繞制在長木板的凹槽內(nèi)，并分別用記號(hào)50，100，150，200，250，300標(biāo)示，這樣導(dǎo)線的匝數(shù)就很清楚了. 把帶有導(dǎo)線的凹槽固定在朗威力傳感器上，再把朗威力傳感器固定在2個(gè)鐵架臺(tái)的中間. 連好電路，分別接入朗威電流傳感器和力傳感器，并與電腦相連，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示.

圖2 實(shí)驗(yàn)電路圖

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖

5 實(shí)驗(yàn)方法

首先按電路圖連接好電路，開關(guān)斷開. 將力傳感器和矩形線框調(diào)至豎直狀態(tài)，使矩形線框處于2塊釹鐵硼超強(qiáng)方形磁鐵的中間位置，與磁鐵的底座有一定的距離，對(duì)力傳感器和電流傳感器的示數(shù)進(jìn)行調(diào)零.

保持導(dǎo)線的有效長度不變(即不改變導(dǎo)線的匝數(shù))，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)學(xué)生電源和滑動(dòng)變阻器，待示數(shù)穩(wěn)定后，點(diǎn)擊“點(diǎn)擊記錄”，記錄多組電流與對(duì)應(yīng)力F值，用圖象法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪出F-I圖象并保存圖象，數(shù)據(jù)和圖象如表1和圖4所示.

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1

圖4 F-I圖象

分別接入匝數(shù)不同的接頭(相當(dāng)于改變通電導(dǎo)線的有效長度)，改變滑動(dòng)變組器接入電路中的電阻，使電流I保持在0.09 A，待示數(shù)穩(wěn)定后點(diǎn)擊記錄電流和安培力F的值，并另加一個(gè)變量(導(dǎo)線的匝數(shù)對(duì)應(yīng)的抽頭)依次表示為50,100,150,200,250，用圖象法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪出F-L圖象并保存圖象，數(shù)據(jù)和圖象如表2和圖5所示.

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2

圖5 F-L圖象

6 結(jié)束語

經(jīng)教學(xué)實(shí)踐證明，新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使磁感應(yīng)強(qiáng)度的教學(xué)層次變得簡單明了、邏輯性強(qiáng)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，利于學(xué)生對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解和掌握，且該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)可提高師生的動(dòng)手能力，體驗(yàn)創(chuàng)新過程帶來的成就感，有利于激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，增加學(xué)習(xí)物理的興趣愛好.

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖少斌. 自制“磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量”原理演示裝置[J]. 物理實(shí)驗(yàn)，2005,25(9)：33-34.