《定量探究实验安培力大小》

1、    定量探究实验安培力大小    李俊：g4：a：（2020）-188一、使用教材人教版高中物理选修3-1第三章磁场第4节。二、实验器材如图1（a）所示，自制安培力大小定量研究装置由磁铁、磁铁支架、导轨、电子秤、角度盘、3个150匝8*18cm线圈（每个线圈在磁场中有效长度为12m）、线圈支架、线圈电流控制电路构成。其中线圈电流控制电路由电池、可变电阻、数显电流表、开关、导线组成，放置于白色容器内。其电路的内部构造和电路图如图1（b，c）所示，通过开关1和开关2的闭合，可控制接入电路的线圈个数。图1（a）自制安培力大小的定量研究装置（b）线圈电流控制

2、電路构造（c）电路图实验创新要点/改进要点人教版教材中对于安培力大小的研究只给出了一个定性实验，而在这个定性实验之后直接给出了定量的结论，即通电导线与磁场方向垂直时f=bil。定量实验与定性结论之间的认知差距，为同学们留下了进一步思考和探究的空间。另外对于导线与磁场方向不垂直的情况，教材并未进行深入讨论。基于上述原因，笔者对传统安培力大小探究实验装置进行了优化和完善，制作了安培力大小定量研究装置，其主要创新和改进要点如下：htk（1）优化并整合外部线圈电流控制电路，避免了外部悬放导线对实验测量的影响在传统安培力研究实验中，线圈电流通过外部电路进行控制，其需用导线进行连接，而处于悬空状态下的导线

3、易对电子秤的示数造成影响，降低了测量的稳定性和准确性。例如，在无外加磁场情况下转动线圈，电子秤的示数会出现明显变化，导致每次实验前都需要对仪器读数进行归零，增加实验操作的难度。另外在调节外部电路过程中，不小心晃动电路导线，也会导致不准确的测量结果。本实验将外部控制电路与线圈整合为一体，并将其放置于电子秤之上，有效避免了调节外部电路、转动线圈等实验操作对安培力测量的影响。htk（2）采取多匝漆包线和电子秤的组合，实现微小力的放大与测量通常，高中物理实验室中蹄形磁铁或条形磁铁周围磁场强度在0.010.5t之间，通电导线长度一般为1020cm左右，考虑到导线所能承受的电流不宜过高，通电导线在磁场中受

4、到的安培力大约在10-310-2n量级，传统实验使用的弹簧测力计或传感器难以准确测量其大小。本实验中利用直径0.4mm的漆包线自制了3个150匝8*18cm的线圈替代单根导线，增大通电导线在磁场中的长度，从而增大安培力。同时，采用精度为0.01g的电子秤代替弹簧秤，通过换算可知，其力的测量精度可达10-4n，可实现对安培力的高精度测量。htk（3）将定性分析实验改为定量研究实验，全面简便地实现了对所有变量的定量研究影响安培力大小的因素较多，包括磁感应强度b，电流i，导线长度l以及电流与磁场夹角。在传统安培力研究实验中，少有实验装置能简便实现所有变量的定量研究。本实验中，通过顶端的导轨，可改变两磁极之间磁场的磁感应强度b，其数值可利用传感器进行标定;调节可变电阻，可改变通过线圈的电流i，其数值可由电流表读出;转动电子秤上的转盘，可实现电流与磁场夹角的调节，其角度值可通过角度盘读出;通过两个控制开关的通断，可调节三个并联线圈的接入个数，实现导线长度l的调节。因此该实验装置能简单方便地实现对所有变量的定量研究。htk（4）实验装置一体化，便于携带，随取随用制作实验装置所使用的均为学生熟悉的常见器材，且该装置操作简单，利于学生自主探究，促进学生学习兴趣的提高、基本物理观念的建立以及核心素养的培养。本装