探究安培力实验的设计

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1、探究安培力实验的设计探究安培力是高中物理教学中的一个重耍实验。课程标准耍求学生通过实验认识安培力，学会判断安培力的方向并计算匀强磁场中安培力的大小。现有的有关安培力的演示器材，其演示效果并不理想，很难让学生对安培力的定量关系（F二BIL）有一个深刻的认识。为此，笔者设计了两套实验器材，用于探究安培力的大小以及方向的规律。一、背景现在中学阶段用來演示安培力的器材主要是J2447型安培力演示器。它主要用来演示通电直导线在磁场中的受力情况，以便让学生掌握安培力的产生原理，以及安培力与电流方向、磁场方向三者之间的关系。安培力演示器是演示安培力

2、的主耍实验器材，但实际演示效果并不理想。例如：滚动的导线和导轨经常会接触不良，导致演示实验失败；仪器的可视范围较小，不利于做演示实验。此外，演示通电导线与磁场方向平行和垂直两种不同情况的受力时，还要把两条通电导轨重新拆装。而且如果学生想了解影响安培力大小的三个因素，J2447型安培力演示器无法演Zj'xO为了能让学生在实验中更好地理解安培力以及相关的影响因素，笔者设计和制作了用于安培力教学的两套实验器材：安培力演示仪、探究安培力实验仪。二、实验器材的制作1.安培力演示仪(1)制作底座及导轨首先，选取60cmX20cm的木板作为底座，对

3、其表面进行打磨、上油漆，并用4个不锈钢支架将其支撑起来。然后，裁剪2条60cmX2cm的紫铜条，用锤子将其弄平整后再用砂纸打磨表面，将表面的氧化物去掉。紧接看再对铜条进行打孔，把它们安装在底板上，并保持铜条间的距离为10cnu最后，把导线连接到铜条上，并用焊锡固定。(2)制作匀强磁场磁场山2块15cmXlOcm的磁铁相对放置组成。具体操作过程如下:先在铝合金管上分别挖4个10cmX2cm的方孔，接着将2块磁铁套在其中。然后利用不锈钢条制作一个U型支架，最后再将套上铝合金管的2块磁铁安装在支架上。装置示意图如图1所示。图12•探究安培力

4、实验仪(1)制作强匀强磁场本匀强磁场主要用于定量探究安培力的实验，因此需要的磁感应强度比较人。磁场由2块15cmX10cm的磁铁相对放置组成。首先在铝合金管上挖4个10cmX2cm的方孔。然后把铝合金管套住2块磁铁后相对放置，并使得2块磁铁间的距离为5cm,最后再把磁铁分别固定在木板上。(2)制作线圈线圈采用抽头设计的方法，先用铝合金做成一个方形的线圈支架，当线圈绕了N匝时引出一个接线端，再绕2N匝时引出第二个接线端，最后在绕3N时引出第三个线端（如图2所示）。图2三、实验设计1•探究安培力的方向本节课的一个重点是利用左手定则判断安培

5、力的方向。此时，我们可以借助制作的安培力演示仪來完成。（1）演示电流方向与磁场方向垂直的情况将底座水平放置，把磁铁放置在底座的中间位置，把导线放置在导轨上，使它处在两块磁铁之间。最后将导轨上的导线、一节干电池、电流表按照串联电路接好（如图3所示）。图3合上开关，能够观察到电流表上的指针摆动，证明此时电路中有电流通过。此时注意观察直导线的运动情况。然后再改变电流方向、磁场方向,分别观察直导线的运动。（2）演示电流方向与磁场方向平行的情况实验器材参照第一种情况，只需变换磁铁的位置，将磁场的方向放置成和导线方向平行即可。合上开关，电流表指针

6、发生偏转，此时注意观察导线运动情况。然后再改变电流方向、磁场方向，分别观察直导线的运动。（3）实验结果这套实验器材的演示效果非常明显，只耍一节1.5V的干电池，就能让直导线快速滚动。同时，由于实验中串联了一个电流表,学生能直接观察到电路中是否通有电流。当教师演示磁场与电流方向平行的情况时，学生能直接观察到电路屮虽然冇电流通过，但是直导线静止不动。因为冇电流表显示电流情况，可以打消学生在J2447型安培力演示器中碰到的疑虑:也许是电路中没有电流，才导致直导线不能运动。除了清晰地演示实验，这套实验器材还有两个优点：一是在改变磁场方向时，操

7、作方便，不需要像J2447型安培力演示器那样要把导轨重新拆下来再安装。二是稳定性高。因为导轨采用铜条设计而成，使得直导线与导轨的接触面积增大，确保直导线与导轨能有效接触。2•探究影响安培力大小的因素（磁场方向垂直通电导线）实验器材：J1209高中教学电源、数据采集器（包括力传感器、磁场强度传感器）、自制线圈、滑动变阻器、电流表、自制匀强磁场。实验前,要对力传感器进行调零。实验装置如图4、图5所示。图4图5（1）当磁感应强度B与线圈工作电流I一定时，探究安培力F与线圈长度L的关系实验时保持线圈电流1=1.5A,通过连接线圈上不同的接线柱

8、，从而改变通电线圈在磁场中的有效长度。测得安培力的数值见表1。表1（2）当磁感应强度B与线圈长度L一定时，探究安培力F与线圈工作电流I的关系实验时保持接入电路中的线圈长度为31,通过改变滑动变阻器的阻值，从而改变通电线圈