自制“探究安培力与电流大小、导线长度的关系”装置.doc

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1、自制“探究安培力与电流大小、导线长度的关系”装置马霏（诸暨市草塔中学浙江311800）实验原理：如图1所示，将磁铁组置于电子天平称上，载流导线静匿于磁场中，电流方向与磁铁平面平行，则载流导线受到向上（或向下）安培力作用。根据牛顿第三定律，磁铁会受到等大反向的反作用力，电子称的示数会发生变化，读出数值△加，就能计算出安培力的大小。结合"控制变量法”探究安培力和电流大小、安培力和导线长度之间的定最关系。从而得出安培力的公式。实验器材：自制磁铁纽；电流冋流纽（山导线框和电流冋流支架纽.成）；学生电源（J1202）；滑动变阻器（5Q,3A）；直流电流农（3A）；开关及导线若干；电子天平秤（3

2、Kg,O.Olg）。图1图2实验操作步骤：1、如图所示，安装实验器材：连接供电冋路、校止电子天平秤、放置磁铁组、固定载流导线后，电子称去皮。2、保持导线长度一•定时，探究安培力和电流大小的关系。%1通过调节学生电源的输出电压及滑动变阻器的阻值，改变电流的大小，把h、l2、【3……填入数据表1中。%1在电子天平秤上读出对应的读数mi、1口、m3……，并填入表格1中。3、保持电流大小一定时，探究安培力与导线长度的关系。%1改变载流导线在磁场中导线的长度L］、L2、L3、Ls并填入表格2中。%1在电了天平秤上读出对应的读数m1、in?、m3、im，并填入表格2中。4、切断电源，整理实验器材

3、。实验数据处理和结果：表格1:(L=12.60cm)1(A)0.50.81.01.51.92.22.5m(g)0・671.031.381.942.382.8730F-II/ArL_：m/g:—■■1L0.522L1.203L1.86・4L.・2.48.表格厶(I=1.OA)根据以上两个坐标图象可得：Fx/.FocL。因此，F=BIL（B为比例系数）。实验注意事项：1、电源用低压直流电，不可接交流电。2、电流应限制在3A内，通电时间不宜过久。3、电子天平秤的使用：①利用称上的水平仪调节水平；②使用前要用祛码校正；③小心放上磁铁组，固定载流导线后，按下去皮键，稳定归零后，方可测量。④操作

4、时，尤其读数吋，注意导线不能与磁铁组相接触。4、电流回流组应固定，不然影响测量值。5、磁铁纽磁性非帘强，远离手机、银行卡、铁块等物品，避免造成不必要的损失。制作过程：1自制磁铁组:底座是一块28.7cmX14.5cm木块，把8块5cmx5cmx1OmmWl铁硼强磁恢块两两相对（距离为4.5cm）固定在木块的凹槽中,组成一个匀强磁场，磁感应强度约为0.1T左右。如图3所示。2、电流回流纽：用铜质输电导线（规格6m2）制作两个导线框。一个载流长度恒定为12.60cm。另一个载流长度可变化，制作成如图I所示的“山”型，每段长度为6.30cm,总共为4段，导线长度可表图3达为L、2L、3L、

5、4LO冋流支架山一块孔状蜩料板制作而成。载流导线可以插入冋流支架的孔中，起到固定的作用。实验创新亮点：1、利用电子天平秤测压力（或拉力）的大小和方向，具有很强的精确性和稳定性°2、运用牛顿第三定律，间接测量载流导线受到得安培力。测量的是磁铁组受到的反作用力，使得测量对象更具有独立性，而增加了实验的操作性，减少了实验的误差。3、磁铁纽.中用御铁硼的强磁铁，形成的匀强磁场的磁感应强度有0.1T左右，能使单匝导线受到较大的安培力作用，使得制作和操作都简单化。4、利用EXCEL來处理实验数据和绘制FJ、F-L的图像，即节约了实验操作的吋间，又减少了实验的偶然误差。课堂教学中的功效：图32・1

6、庄匀強应场中探宛形■通电甘嫂受力的凶索1、高中物理人教版选修3・1第三章第2节《磁感应强度》中，演示实验是探究影响通电导线受力的因素，如图4所示。

7、佃没有探究通电导线受力与电流大小和导线长度的关系的演示实验。教材上只有这样一句话：“分析了很多实验事实后人们认识到，通电导线与磁场方向垂宜时，它受力的大小既与导线的长度L成止比，又与导线中的电流I成正比”。通过本实验装置，能够让学生定量的探究安培力F与导线L和电流大小I的关系，増强学生的感性认识,完善学生的知识体系。既提高了课堂效率又丰富了课堂内容。图42、利用这个装置使得测量安培力更具有操作性，可以让学生在这基础上，自行设计：①安培力与

8、影响安培力大小英他因素（磁感应强度B、电流方向和磁感线方向的夹角6）的关系；②改进电流天平，测最常见磁场（条形磁铁、直线电路、环形电流、通电螺线管）的磁感应强度B；等等。培养了学生的创新能力和实践能力，同时对学生的团队精神、语言表达和思维晶质的培养提供了条件。3、在实验方法上，处理一些无法直接测量的物理量的问题，除了用放大法、等效替代法、转换变量法等等以外。本装置的设计方法值得在实验教学中总结和推广，也是一种行之有效的间接测量的方法。