簡易的電流天平的裝配

彭友山

(岳陽市七中,湖南 岳陽 414000)

演示磁場對電流的作用力(安培力)是高中物理課上必做的實驗,新版高中第2冊174頁圖15-15的演示實驗難以做好,且只能進行定性的演示.筆者根據這一情況,經過反復試驗設計裝配了一個電流天平,現介紹如下.

1 器材準備

①一架學生天平和配套的砝碼;②U型磁鐵2個,有大型的U型磁鐵更好;③用直徑約為0.5 mm的銅質漆包線繞制一個矩形線框,長約8 cm,寬約4 cm,要使長是寬的倍數關系,匝數為100匝;如果實驗室有左手定則演示器,用那個線框就很好;④一個小開關;⑤一個大型演示電流表;⑥一個100 Ω、3 A的滑動變阻器;⑦1個學生電源或4節干電池;⑧適量長度的導線;⑨少量透明膠布.

圖1

2 安裝與調整

①把天平左邊的載物盤拿下,將兩根約50 cm長的導線兩頭分別剝去膠皮,用透明膠布固定在天平的橫梁左端,使其一端用細線吊在天平的左端掛載物盤的鉤上,另一端從天平橫梁正中間引出連接電路;②把線框吊在左端并連接好兩個接線頭,調整線框使上下邊保持水平;③將 U型磁鐵放到線框的下方,調整磁鐵的位置使磁場方向與線框平面保持垂直,磁鐵如果放不穩,可以用泡沫等物體墊穩;④將電源、開關、滑動變阻器和電流表用導線串聯連接,并接入從橫梁引出的連線,如圖1所示.

3 演示實驗

在進行實驗前,要把天平的底座調整水平,掛上線框后將橫梁調整平衡,如果不能平衡可在右邊砝碼盤中加入砝碼.在調整好以后啟動天平,先接通開關試一下,觀察指針向哪一邊偏轉,如果是向左邊偏轉,說明磁場對電流的作用力是向上的,這時要斷開開關,把電源反向;如果是向右邊偏轉,說明磁場對電流的作用力是向下的,這時就可以在右邊砝碼盤中加入砝碼,直到指針指到中間位置.本實驗可以改變的有電流的大小、電流的方向、在磁場中導線的長度,如果用不同的磁鐵還可以改變磁場的強弱.可列出表1記錄有關的數據.

表1

從記錄表中可以看到,電流增大時安培力增大,F安∝I;導線的長度增大時安培力增大,F安∝L;在磁感應強度增大時安培力也增大,F安∝B.即得到安培力的大小與電流強度、導線長度和磁感應強度的關系為F安∝BIL.

4 電流天平的優點

①所需要的元件實驗室都有,不要到處找配件,組裝也很簡單;②可以演示安培力的大小和方向,還可以測量磁感應強度;③做實驗很輕松,效果特別明顯.