張佑良 馮霞

摘 要：筆者認為中學物理教材中“探究影響安培力大小因素”的實驗需要進一步改進與完善。筆者對此進行了改進，改進后的實驗裝置操作方便，現(xiàn)象明顯，在直觀性和科學性上都有較大提高。

關鍵詞：安培力；導線框；蹄形磁鐵

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）4-0050-2

1 傳統(tǒng)安培力實驗裝置

“磁場對通電導線的作用——安培力”內容的重點是定量探究安培力大小與各量的關系，課本配有演示實驗圖。該實驗裝置的設計思想是：當有電流通過導體時導體將發(fā)生偏轉，通過偏轉的角度來比較導體所受安培力的大小，其電流大小通過外電路控制，還可以分別接通2、3或1、4，從而改變通電導線在磁場中的長度，依據(jù)控制變量法來探究電流I以及通電導線長度L對安培力的影響。

許多作者都提出過改進的建議，筆者也認為該實驗描述過于簡略，需要進一步改進與完善。

2 安培力實驗裝置的改進

2.1 實驗改進

（1）通電導線

用塑料銅芯導線框（外徑0.90 mm，內部銅芯直徑0.40 mm）代替通電導體棒（如圖1）。其特點是：質量非常小，有一定強度不易形變，受安培力后偏轉明顯，而且取材十分方便，網(wǎng)線、數(shù)據(jù)線中都可以用。

（2）量角裝置

如圖1，在豎直的硬紙板上根據(jù)畫出的一個半徑為12 cm的量角器，直接讀出線框通電后在磁場中的偏角。

（3）磁場

馬蹄形磁鐵中間部分的磁場并非理論上的“勻強”，線圈靜止在不同的位置磁場是不同的[2]，若采用使兩塊磁鐵的同性磁極緊緊挨住[3]則中間區(qū)域基本可視為勻強磁場。本實驗為提高精度，專門利用蹄形磁鐵的中央特定區(qū)域來提供勻強磁場，如圖2所示。

（4）實驗裝置的制作

實驗裝置實物如圖3所示。將一小木棒固定在一塊紙板上，小木棒上包有導電性能良好的鋁箔，導線框圓環(huán)套在鋁箔上，鋁箔接電源正負極后，則導線框通電。

2.2 實驗原理

（1）探究安培力大小

通有電流I的導線L在磁場B中所受的安培力為F安=BIL

根據(jù)實驗裝置可知（如圖4）：

F安=mgtanθ=ILB

因此，只需測算出tanθ 與I、L的關系即可得到F與I、L的關系。通過改變滑動變阻器控制電流大小，記錄相應的線框偏角，可得到安培力與電流的關系。保持電流不變，再增加若干對磁鐵，可改變通電導線在磁場中的長度，記錄相應的線框偏角，可得到安培力與導線長度的關系。

（2）探究安培力方向

保持磁場方向不變，改變電流方向，或保持電流方向不變，改變磁場方向都可觀察到線框偏轉方向發(fā)生變化，由此也可用作演示探究安培力方向的實驗。

3 總 結

本文主要針對課本實驗裝置現(xiàn)象不明顯，對科學性問題進行改進，以提高安培力實驗的直觀性和科學性。該實驗裝置有如下特點：

（1）成本低且便于制作

實驗儀器是硬紙殼、塑料銅芯細導線、木筷等生活中隨處可得的材料。除此之外，電源（電池或學生電源）、導線、滑動變阻器、電流表（普通電流表或示教電流表）是普通學校物理實驗室都配備的基本儀器。總的來說該實驗裝置的優(yōu)點在于取材簡單方便，成本較低。

（2）實驗現(xiàn)象明顯

通過實際操作發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象十分明顯（最大擺角可達30°以上），操作便捷，準確性較高，可以作為定量探究安培力大小與電流和通電導線長度的關系的實驗裝置。

（3）用途較廣

該實驗裝置可以定量探究出安培力與電流I、通電導線長度L的關系，對得出安培力的公式F安=ILB有很大幫助，提供了科學依據(jù)，還可以用來探究安培力方向與電流方向、磁感應強度方向的關系，得出左手定則，同時能夠激發(fā)學生的實驗熱情，培養(yǎng)學生的科學探究能力。

參考文獻：

[1]方劍，王志斌，劉衛(wèi)東.自制“定量探究安培力的實驗裝置”[J].實驗教學與儀器，2015，32（7）：105-107.

[2]徐小飛.“定量”探究影響通電導線受力的因素[J].中學物理， 2015， 33（21）：55-55.

[3]郭力強.用多塊蹄形磁鐵模擬勻強磁場——對演示實驗“磁場對電流的作用力”的幾點改進意見[J].物理通報， 2005（11）：60-61.