韋子洵

一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

我發(fā)現(xiàn)，物理課本對(duì)安培力的學(xué)習(xí)是定量的要求，有公式F=ILB的呈現(xiàn)，但對(duì)安培力影響因素的探究卻是定性的。課本和學(xué)校實(shí)驗(yàn)室提供的探究裝置只能做定性探究，不能做定量探究。同時(shí)，我注意到安培力測(cè)量精確度要求高，現(xiàn)有儀器很難做到?，F(xiàn)在，我設(shè)計(jì)發(fā)明了一個(gè)電子安培力定量探究?jī)x，既能定量探究安培力的影響因素，又能驗(yàn)證安培力的數(shù)學(xué)表達(dá)式和左手定則。

二、儀器構(gòu)造

原理如圖1所示，實(shí)物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，還有電池盒、滑動(dòng)變阻器、電源插座板、線圈插座板和香蕉插頭，見(jiàn)圖3。

三、設(shè)計(jì)思路

1.安培力的測(cè)量與方向判斷

由于安培力測(cè)量值很小，在10—3N數(shù)量級(jí)，為能滿足定量探究的需要，我用精度為0.01g的電子秤，轉(zhuǎn)化為測(cè)力計(jì)，其精度為0.000 1N。我還用示數(shù)的正與負(fù)判斷安培力的方向，示數(shù)為正安培力向下，示數(shù)為負(fù)安培力向上。

2.電流大小的測(cè)量及其改變

用精度為0.01A的數(shù)顯電流表測(cè)電流，改變接入電路的電池節(jié)數(shù)，可獲得1.5 V，3 V，4.5 V和6 V這4組不同的電壓，方便地改變4次電流。香蕉插頭用來(lái)外接線圈與電池兩個(gè)插座板中的插孔，方便地改變電壓和線圈匝數(shù)。

3.導(dǎo)線長(zhǎng)度的測(cè)量及其改變

自制帶有抽頭的矩形線圈作通電導(dǎo)線。其在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度為矩形長(zhǎng)邊L0與其匝數(shù)n的乘積。5個(gè)抽頭可獲得100匝、150匝、200匝和250匝這4組不同的匝數(shù)，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中可方便地獲得8 m，12 m，16 m和20 m這4個(gè)不同的有效長(zhǎng)度。

4.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的獲取及其改變

用兩個(gè)長(zhǎng)釹鐵硼強(qiáng)磁鐵代替。既可獲得10 cm寬的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，又能方便地通過(guò)改變磁鐵間的距離來(lái)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。前后兩個(gè)強(qiáng)磁鐵，能在左右兩個(gè)導(dǎo)軌上前后移動(dòng)，左右兩根長(zhǎng)度相同的隔木條能將前后兩個(gè)強(qiáng)磁鐵隔開(kāi)一定的距離，隔木條的長(zhǎng)度加上強(qiáng)磁鐵的厚度就是磁極間的距離，如圖4所示。磁極間的距離L可調(diào)節(jié)為4 cm，5 cm，6 cm和8cm這4個(gè)數(shù)值。

5.電流與磁場(chǎng)間夾角的測(cè)量及其改變

量角器測(cè)量電流與磁場(chǎng)間的夾角，角度盤固定在矩形線圈的上表面，其90°位置始終與通電導(dǎo)線的位置一致，并與線圈共繞固定在電子秤盤上的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。固定在儀器支架上的指針能指向量角器旋轉(zhuǎn)后的刻度，并通過(guò)與指針固定在一起的放大鏡直接清晰地顯示出電流與磁場(chǎng)間的夾角θ。

四、安裝調(diào)試

將上述器材安裝在儀器架上，并按圖1所示電路圖連成電路，進(jìn)行調(diào)試。由于只在改變線圈匝數(shù)時(shí)才需要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，所以，為減小儀器的體積，滑動(dòng)變阻器設(shè)置為臨時(shí)外部連接。

將香蕉插頭的兩個(gè)抽頭分別插入電源插座板“6 V”和線圈插座板“250匝”的插孔中，電流表和電子秤分別顯示出通電線圈中的電流和安培力的大小，表示電路已正常工作。分別將香蕉插頭抽入兩個(gè)插座板的不同插孔或移動(dòng)強(qiáng)磁鐵，改變磁鐵間的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)線圈架，電子秤的示數(shù)都能發(fā)生變化，表示調(diào)試成功，可以應(yīng)用。endprint