安培力演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

摘 要：在人教版選修3-1第三章磁場(chǎng)中，對(duì)于安培力的大小的研究，是通過(guò)第二節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度中的演示實(shí)驗(yàn)“探究影響通電導(dǎo)線受力的因素”來(lái)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：安培力;人教版;實(shí)驗(yàn)

然而在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)以下一些問(wèn)題：1. 實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)觀察導(dǎo)線擺動(dòng)的夾角，以觀察安培力的大小，然而在改變通電長(zhǎng)度或者改變電流時(shí)，導(dǎo)線擺動(dòng)的夾角往往不穩(wěn)定，使觀察不易記錄，且只能做定性分析。2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程不能探究安培力與磁場(chǎng)的關(guān)系。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)上查閱資料發(fā)現(xiàn)已有對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改裝，但往往要么實(shí)驗(yàn)較復(fù)雜，不宜課堂演示教學(xué)，要么實(shí)驗(yàn)不夠全面，不能演示安培力F與磁場(chǎng)B的定量關(guān)系。那么能否對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，既能讓學(xué)生感受安培力F與三者間的定量關(guān)系，又能操作簡(jiǎn)單方便課堂教學(xué)呢？基于這樣思考筆者設(shè)計(jì)的以下實(shí)驗(yàn)裝置。

一、 實(shí)驗(yàn)裝置與原理

1. 主要結(jié)構(gòu)介紹（圖1）：①電子天平：可以稱量物體質(zhì)量，量程500g，精確度0.01g。②細(xì)軟導(dǎo)線外接電路控制，學(xué)生電源，滑動(dòng)變阻器等。③U型磁鐵6塊，直導(dǎo)體棒、直木棒的長(zhǎng)度，支架寬度與3塊U型磁鐵寬度適應(yīng)，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(duì)電子天平的壓力，電子天平讀數(shù)即可反映安培力大小。

二、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將直細(xì)導(dǎo)體棒懸掛于U型磁鐵中間位置，聯(lián)通電路，閉合開(kāi)關(guān)，電子天平按鍵調(diào)零。

1. 探究安培力F與通電導(dǎo)線長(zhǎng)度L的關(guān)系：保持外接電路、磁鐵不變，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，多次調(diào)節(jié)直導(dǎo)線與導(dǎo)體棒接觸位置，記錄L與閉合開(kāi)關(guān)后電子天平讀數(shù)，可探究F與L成正比。

2. 探究安培力F與導(dǎo)體棒電流I的關(guān)系：保持直導(dǎo)線與導(dǎo)體棒接觸位置、磁鐵不變，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，多次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讀出電流表讀數(shù)，記錄電流I與閉合開(kāi)關(guān)后電子天平讀數(shù)，可探究F與I成正比。

3. 探究安培力F與導(dǎo)體棒所在磁場(chǎng)B的關(guān)系：保持外接電路、直導(dǎo)線與導(dǎo)體棒接觸位置不變，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，如圖2調(diào)整U形磁鐵放置，閉合開(kāi)關(guān)，可得磁場(chǎng)B為任意值，然后成倍增加時(shí)，電子天平讀數(shù)也成倍增加，磁場(chǎng)抵消時(shí)，電子天平讀數(shù)為0，即可反應(yīng)F與B成正比。

三、 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

1. 靜態(tài)下，測(cè)量安培力，運(yùn)用整體法，電子秤示數(shù)變化可以表示豎直方向安培力，測(cè)量穩(wěn)定精確。

2. 運(yùn)用U型磁體磁場(chǎng)對(duì)稱性來(lái)改變磁場(chǎng)，可初步探究安培力與磁場(chǎng)定量關(guān)系，并且操作方便簡(jiǎn)單。

四、 注意事項(xiàng)與不足

1. 本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之處在于運(yùn)用U型磁鐵磁場(chǎng)的對(duì)稱性，探究安培力F與磁場(chǎng)B的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)前要運(yùn)用儀器，選好幾組兩塊磁場(chǎng)分布較為相同的U型磁鐵，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意避免導(dǎo)體棒的晃動(dòng)。

2. 本實(shí)驗(yàn)只能初步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)安培力F與三者的定量關(guān)系，并且只能探究B與IL垂直時(shí)，對(duì)于更一般的情況，以及方向關(guān)系上還不足。

作者簡(jiǎn)介：

劉權(quán)德，貴州省遵義市，貴州省遵義市第四中學(xué)。