李益國

摘 ? 要：本文對“探究通電導(dǎo)線所受安培力大小”實(shí)驗(yàn)所存在的不足進(jìn)行了探討，提出了具體的改進(jìn)方法，并對改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)及改進(jìn)注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn);不足;改進(jìn);優(yōu)點(diǎn);注意事項(xiàng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2015）1-0061-2

在人教版《物理選修3-1》中，對通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力大小的研究，是在第二節(jié)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”中作為演示實(shí)驗(yàn)“探究影響通電導(dǎo)線受力的因素”開出的，只定性的研究了與電流大小、導(dǎo)線長度的關(guān)系，然后在第四節(jié)“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”中就直接用“在第2節(jié)的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道”給出結(jié)論，給學(xué)生理解上造成一個(gè)較大的思維斷層。

第二節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)是“磁感應(yīng)強(qiáng)度概念”的建立，用圖1所示的儀器，有電流通過時(shí)導(dǎo)線將擺動一個(gè)角度，通過擺動角度的大小比較導(dǎo)線受力的大小，通過分別接通“2、3”和“1、4”來改變導(dǎo)線通電部分的長度，電流由外部電路控制，觀察這兩個(gè)因素對導(dǎo)線受力的影響，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)分析得出：通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，它受力的大小既與導(dǎo)線的長度成正比，又與導(dǎo)線中的電流成正比，用公式表示為：F=BIL，B是比例系數(shù)。在這里，該實(shí)驗(yàn)是為磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立服務(wù)的，弱化了該實(shí)驗(yàn)的重要性。并且，按教材中的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)有縣市及農(nóng)村高中實(shí)驗(yàn)室，沒有大電源和強(qiáng)磁場，很難取得理想效果。這一實(shí)驗(yàn)主要存在三方面不足：①受條件限制，現(xiàn)象不明顯，單根導(dǎo)線的受力在改變電流時(shí)，角度變化對比不方便也不明顯;②無法進(jìn)行定量研究和對比;③沒有研究安培力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。針對第一點(diǎn)不足，我們往往用一個(gè)線圈來代替單根導(dǎo)線，現(xiàn)象明顯得多，但其他兩個(gè)問題不好解決。為了解決這個(gè)問題，筆者對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，效果非常好，而且把它改成一個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，時(shí)間安排在講完第二節(jié)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”之后，或在第四節(jié)“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”之前，既突出該實(shí)驗(yàn)的重要性，也讓學(xué)生在理解上沒有思維斷層。

1 ? ?具體的改進(jìn)方法

如圖2所示，把實(shí)驗(yàn)儀器全部安裝在一塊400×500 mm的實(shí)木板上，做一固定支架用來懸掛磁鐵，支架高度要使磁鐵掛上去后兩極與線圈上部導(dǎo)線在同一高度，懸掛磁鐵的橫梁上要有固定磁鐵的卡子，當(dāng)懸掛兩塊以上磁鐵時(shí)，磁鐵不會自由移動;選擇感量為0.1 g、具有清零功能和單位轉(zhuǎn)換功能的電子秤置于支架下方;用一方形線圈固定在電子秤上，線圈在懸掛磁鐵的橫梁的正下方，且當(dāng)掛好磁鐵時(shí)線圈在兩磁極的正中間位置。

圖2 ?改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置一

2 ? ?改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

①可以成套組裝，并把演示實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生的感性認(rèn)識;并且改裝或自制的儀器，更容易激發(fā)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

②改成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，在講完第二節(jié)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還可以定性地研究安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。

③實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，可以研究當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)安培力大小與電流、導(dǎo)線有效長度的定量關(guān)系;還可以把磁鐵斜放，使其磁場方向與電流成一定夾角，研究安培力的大小與夾角的關(guān)系。

3 ? ?注意事項(xiàng)

①電子秤很靈敏，加減磁鐵要輕拿輕放，更不能用手直接去壓電子秤，而且與線圈連接的導(dǎo)線略有移動都會影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)中不能碰觸與線圈連接的導(dǎo)線，開機(jī)能自動清零，中間每次實(shí)驗(yàn)開始前要注意電子秤清零，以消除導(dǎo)線產(chǎn)生的誤差。

②同一套儀器內(nèi)的幾塊磁鐵，尺寸要相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度要盡量相同，選擇磁鐵時(shí)，保持電流相同，每次單獨(dú)放一塊蹄形磁鐵，電子秤示數(shù)相同的可以認(rèn)為它們的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同。

③通電導(dǎo)線在磁場中的長度可認(rèn)為等于磁體的寬度，當(dāng)掛一塊磁鐵時(shí)通電導(dǎo)線長度記為L，掛兩塊磁鐵時(shí)通電導(dǎo)線長度記為2L，掛三塊磁鐵時(shí)通電導(dǎo)線長度記為3L。

④研究安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系時(shí)，懸掛一塊磁鐵測量一次，然后在磁鐵兩極上吸附1～2塊強(qiáng)磁片來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，可定性地得出安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小成正比的結(jié)論。

以上改進(jìn)制作簡單，操作方便，數(shù)據(jù)精確，對學(xué)生理解“影響通電導(dǎo)線受力的因素”和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣可起到很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁雷.《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討，2014，（2）：64.

[2]人民教育出版社課程教材研究所.物理選修3-1教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]人民教育出版社課程教材研究所.物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）