張佑良 馮霞

摘 要：筆者認(rèn)為中學(xué)物理教材中“探究影響安培力大小因素”的實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)一步改進(jìn)與完善。筆者對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，現(xiàn)象明顯，在直觀性和科學(xué)性上都有較大提高。

關(guān)鍵詞：安培力；導(dǎo)線框；蹄形磁鐵

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）4-0050-2

1 傳統(tǒng)安培力實(shí)驗(yàn)裝置

“磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力”內(nèi)容的重點(diǎn)是定量探究安培力大小與各量的關(guān)系，課本配有演示實(shí)驗(yàn)圖。該實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思想是：當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)偏轉(zhuǎn)的角度來(lái)比較導(dǎo)體所受安培力的大小，其電流大小通過(guò)外電路控制，還可以分別接通2、3或1、4，從而改變通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度，依據(jù)控制變量法來(lái)探究電流I以及通電導(dǎo)線長(zhǎng)度L對(duì)安培力的影響。

許多作者都提出過(guò)改進(jìn)的建議，筆者也認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)描述過(guò)于簡(jiǎn)略，需要進(jìn)一步改進(jìn)與完善。

2 安培力實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（1）通電導(dǎo)線

用塑料銅芯導(dǎo)線框（外徑0.90 mm，內(nèi)部銅芯直徑0.40 mm）代替通電導(dǎo)體棒（如圖1）。其特點(diǎn)是：質(zhì)量非常小，有一定強(qiáng)度不易形變，受安培力后偏轉(zhuǎn)明顯，而且取材十分方便，網(wǎng)線、數(shù)據(jù)線中都可以用。

（2）量角裝置

如圖1，在豎直的硬紙板上根據(jù)畫(huà)出的一個(gè)半徑為12 cm的量角器，直接讀出線框通電后在磁場(chǎng)中的偏角。

（3）磁場(chǎng)

馬蹄形磁鐵中間部分的磁場(chǎng)并非理論上的“勻強(qiáng)”，線圈靜止在不同的位置磁場(chǎng)是不同的[2]，若采用使兩塊磁鐵的同性磁極緊緊挨住[3]則中間區(qū)域基本可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。本實(shí)驗(yàn)為提高精度，專門(mén)利用蹄形磁鐵的中央特定區(qū)域來(lái)提供勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖2所示。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置的制作

實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物如圖3所示。將一小木棒固定在一塊紙板上，小木棒上包有導(dǎo)電性能良好的鋁箔，導(dǎo)線框圓環(huán)套在鋁箔上，鋁箔接電源正負(fù)極后，則導(dǎo)線框通電。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

（1）探究安培力大小

通有電流I的導(dǎo)線L在磁場(chǎng)B中所受的安培力為F安=BIL

根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置可知（如圖4）：

F安=mgtanθ=ILB

因此，只需測(cè)算出tanθ 與I、L的關(guān)系即可得到F與I、L的關(guān)系。通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器控制電流大小，記錄相應(yīng)的線框偏角，可得到安培力與電流的關(guān)系。保持電流不變，再增加若干對(duì)磁鐵，可改變通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度，記錄相應(yīng)的線框偏角，可得到安培力與導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系。

（2）探究安培力方向

保持磁場(chǎng)方向不變，改變電流方向，或保持電流方向不變，改變磁場(chǎng)方向都可觀察到線框偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，由此也可用作演示探究安培力方向的實(shí)驗(yàn)。

3 總 結(jié)

本文主要針對(duì)課本實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)象不明顯，對(duì)科學(xué)性問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，以提高安培力實(shí)驗(yàn)的直觀性和科學(xué)性。該實(shí)驗(yàn)裝置有如下特點(diǎn)：

（1）成本低且便于制作

實(shí)驗(yàn)儀器是硬紙殼、塑料銅芯細(xì)導(dǎo)線、木筷等生活中隨處可得的材料。除此之外，電源（電池或?qū)W生電源）、導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器、電流表（普通電流表或示教電流表）是普通學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)室都配備的基本儀器?？偟膩?lái)說(shuō)該實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于取材簡(jiǎn)單方便，成本較低。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯

通過(guò)實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象十分明顯（最大擺角可達(dá)30°以上），操作便捷，準(zhǔn)確性較高，可以作為定量探究安培力大小與電流和通電導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。

（3）用途較廣

該實(shí)驗(yàn)裝置可以定量探究出安培力與電流I、通電導(dǎo)線長(zhǎng)度L的關(guān)系，對(duì)得出安培力的公式F安=ILB有很大幫助，提供了科學(xué)依據(jù)，還可以用來(lái)探究安培力方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的關(guān)系，得出左手定則，同時(shí)能夠激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]方劍，王志斌，劉衛(wèi)東.自制“定量探究安培力的實(shí)驗(yàn)裝置”[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015，32（7）：105-107.

[2]徐小飛.“定量”探究影響通電導(dǎo)線受力的因素[J].中學(xué)物理， 2015， 33（21）：55-55.

[3]郭力強(qiáng).用多塊蹄形磁鐵模擬勻強(qiáng)磁場(chǎng)——對(duì)演示實(shí)驗(yàn)“磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力”的幾點(diǎn)改進(jìn)意見(jiàn)[J].物理通報(bào)， 2005（11）：60-61.