安培力实验报告(北京科技大学物理实验报告).docx

北京科技大学实验报告实验内容及步骤（1） 利用电流秤测量磁场中载流导体的受力。（2） 利用U形铁芯的两个电磁磁极产生较强的匀强磁场。（3） 调节砝码使天平达到平衡。（4） 改变励磁电流、载流线圈电流、载流线圈尺寸测量线圈所受安培力大小。以研究安培力与磁场、载流、导线尺寸的关系。数据测量结果：数据1（A）l=12.5mm n=1励磁电流3A线圈电流3A线圈电流/A天平读数安培力励磁电流/A天平读数安培力-3.0 31.35 -0.88 -3.0 31.34 -0.89 -2.5 31.50 -0.73 -2.5 31.46 -0.77 -2.0 31.65 -0.58 -2.0 31.61 -0.62 -1.5 31.81 -0.42 -1.5 31.75 -0.48 -1.0 31.95 -0.28 -1.0 31.87 -0.36 -0.5 32.12 -0.11 -0.5 32.04 -0.19 0.0 32.23 0 0.0 32.23 0 0.5 32.35 0.12 0.5 32.33 0.10 1.0 32.52 0.29 1.0 32.47 0.24 1.5 32.65 0.42 1.5 32.63 0.40 2.0 32.81 0.58 2.0 32.75 0.52 2.5 32.93 0.70 2.5 32.91 0.68 3.0 33.17 0.94 3.0 33.04 0.81 数据2（B）l=25mm n=1励磁电流3A线圈电流3A线圈电流/A天平读数安培力励磁电流/A天平读数安培力-3.0 29.83-1.71-3.0 29.87-1.67-2.5 30.01-1.53-2.5 30.2-1.34-2.0 30.46-1.08-2.0 30.45-1.09-1.5 30.74-0.80-1.5 30.79-0.75-1.0 31.02-0.52-1.0 30.97-0.57-0.5 31.32-0.22-0.5 31.24-0.30.0 31.5400.0 31.5400.5 31.850.310.5 31.850.311.0 32.140.601.0 32.150.611.5 32.430.891.5 32.410.872.0 32.711.172.0 32.611.072.5 32.951.412.5 32.941.403.0 33.221.683.0 33.211.67数据3（C）l=50mm n=1励磁电流3A线圈电流3A线圈电流/A天平读数安培力励磁电流/A天平读数安培力-3.0 33.43-3.26-3.0 33.43-3.26-2.5 33.97-2.72-2.5 33.94-2.75-2.0 34.48-2.21-2.0 34.45-2.24-1.5 35.03-1.66-1.5 35-1.69-1.0 35.54-1.15-1.0 35.49-1.20-0.5 36.07-0.62-0.5 36.09-0.600.0 36.6900.0 36.6900.5 37.130.440.5 37.160.471.0 37.680.991.0 37.640.951.5 38.161.471.5 38.161.472.0 38.732.042.0 38.712.022.5 39.32.612.5 39.222.533.0 39.783.093.0 39.733.04数据4（D）l=50mm n=2励磁电流3A线圈电流3A线圈电流/A天平读数安培力励磁电流/A天平读数安培力-3.0 32.53-6.22-3.0 32.61-6.14-2.5 33.55-5.2-2.5 33.55-5.20-2.0 34.67-4.08-2.0 34.56-4.19-1.5 35.64-3.11-1.5 35.63-3.12-1.0 36.67-2.08-1.0 36.64-2.11-0.5 37.75-1.00-0.5 37.59-1.160.0 38.7500.0 38.7500.5 39.841.090.5 40.001.251.0 40.922.171.0 40.972.221.5 41.953.201.5 41.983.232.0 42.984.232.0 43.024.272.5 44.035.282.5 44.015.263.0 45.056.303.0 45.016.26数据分析：此次实验是为了研究载流导体在磁场中的受力规律的。实验中主要研究安培力大小与励磁电流、载流线圈电流、载流线圈尺寸的关系。实验数据中的“-”号表示反向测量时的电流。并且，实验中以安培力向下方向为正。需要说明的是，实验中，我们考虑到磁场太小时即使线圈电流很大也不能使得天平有很大偏转。所以我们先在励磁电流为3A的情况下测出不同线圈电流所受的安培力的大小；然后再在线圈电流为3A的情况下测出不同励磁电流（及磁场强度）情况下的安培力大小。这里其实也使用到了控制变量法的基本原理。用各组数据的前一半数据可画出如下四张图形：从四张图中可以清楚看到，当磁场、线圈尺寸、线圈匝数不变时，安培力和线圈电流成正比例关系，即：FI。为了方便分析，可以把数据都放到一个图中（如下）：我们先分析一下A,B,C三组。这三组数据的共同点是线圈匝数相同，所以说，在磁场中线圈长度越长，安培力随电流的变化速率越快。那么两者的定量关系又如何呢？我们可以看到，线圈长度关系为：L(C)=2L(B)=4L(A)。而三者对应的安培力是什么关系呢？我们可以从下图中看出，变化率也是两倍关系。即：FLC，D两组相比，我们知道：线圈匝数越多，变化率越大。由公式可知，D的变化率是C的变化率的两倍。为了更清楚看出此关系，我们可以画出两者的变化关系（如下）。这样，我们就能看出两者的变化率几乎是两倍的关系。因而，可以推断安培力Fn（匝数）。综上所述，安培力正比于线圈匝数，线圈中的电流和线圈在磁场中的长度，也就是说FnIL。下面我们来讨论一下线圈电流不变的情况下上述结论是否成立，同时研究一下安培力与磁感应强度的关系。根据数据AD，可以画出如下的图形：显然，安培力随着励磁电流增大，一直上升。且两者成正比例关系。也就是说：FB，而四种情况的综合如下图所示：我们可以用同样的方法得出安培力FnL，与上面的FI和FI结合起来我们就得到：FnBIL。至此，我们就推出安培力随所有影响因素的变化关系了。实验总结此实验的构成十分简单，就是使用控制变量法来解决影响安培力的几个因素。实验中，我们一共测量两组数据，即：控制励磁电流不变和控制样品电流不变，分别测量不同样品的安培力。最为困难