安培力演示實驗改進

摘 要：在人教版選修3-1第三章磁場中，對于安培力的大小的研究，是通過第二節磁感應強度中的演示實驗“探究影響通電導線受力的因素”來進行探究。

關鍵詞：安培力;人教版;實驗

然而在實際運用時，往往會出現以下一些問題：1. 實驗時通過觀察導線擺動的夾角，以觀察安培力的大小，然而在改變通電長度或者改變電流時，導線擺動的夾角往往不穩定，使觀察不易記錄，且只能做定性分析。2. 實驗過程不能探究安培力與磁場的關系。同時通過網上查閱資料發現已有對該實驗的改裝，但往往要么實驗較復雜，不宜課堂演示教學，要么實驗不夠全面，不能演示安培力F與磁場B的定量關系。那么能否對實驗改進，既能讓學生感受安培力F與三者間的定量關系，又能操作簡單方便課堂教學呢？基于這樣思考筆者設計的以下實驗裝置。

一、 實驗裝置與原理

1. 主要結構介紹（圖1）：①電子天平：可以稱量物體質量，量程500g，精確度0.01g。②細軟導線外接電路控制，學生電源，滑動變阻器等。③U型磁鐵6塊，直導體棒、直木棒的長度，支架寬度與3塊U型磁鐵寬度適應，避免摩擦。

2. 主要原理：利用豎直方向安培力的改變，從而改變木棍對電子天平的壓力，電子天平讀數即可反映安培力大小。

二、 實驗過程

實驗準備：將直細導體棒懸掛于U型磁鐵中間位置，聯通電路，閉合開關，電子天平按鍵調零。

1. 探究安培力F與通電導線長度L的關系：保持外接電路、磁鐵不變，斷開開關，多次調節直導線與導體棒接觸位置，記錄L與閉合開關后電子天平讀數，可探究F與L成正比。

2. 探究安培力F與導體棒電流I的關系：保持直導線與導體棒接觸位置、磁鐵不變，斷開開關，多次調節滑動變阻器，讀出電流表讀數，記錄電流I與閉合開關后電子天平讀數，可探究F與I成正比。

3. 探究安培力F與導體棒所在磁場B的關系：保持外接電路、直導線與導體棒接觸位置不變，斷開開關，如圖2調整U形磁鐵放置，閉合開關，可得磁場B為任意值，然后成倍增加時，電子天平讀數也成倍增加，磁場抵消時，電子天平讀數為0，即可反應F與B成正比。

三、 實驗創新

1. 靜態下，測量安培力，運用整體法，電子秤示數變化可以表示豎直方向安培力，測量穩定精確。

2. 運用U型磁體磁場對稱性來改變磁場，可初步探究安培力與磁場定量關系，并且操作方便簡單。

四、 注意事項與不足

1. 本實驗的關鍵之處在于運用U型磁鐵磁場的對稱性，探究安培力F與磁場B的關系，在實驗前要運用儀器，選好幾組兩塊磁場分布較為相同的U型磁鐵，以減小實驗誤差。在實驗過程中注意避免導體棒的晃動。

2. 本實驗只能初步讓學生認識安培力F與三者的定量關系，并且只能探究B與IL垂直時，對于更一般的情況，以及方向關系上還不足。

作者簡介：

劉權德，貴州省遵義市，貴州省遵義市第四中學。