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自制“探究安培力与电流大小、导线长度的关系”装置 马霏（诸暨市草塔中学 浙江 311800） 实验原理： 如图1所示，将磁铁组置于电子天平称上，载流导线静置于磁场中，电流方向与磁铁平面平行，则载流导线受到向上（或向下）安培力作用。根据牛顿第三定律，磁铁会受到等大反向的反作用力，电子称的示数会发生变化，读出数值，就能计算出安培力的大小。结合“控制变量法”探究安培力和电流大小、安培力和导线长度之间的定量关系。从而得出安培力的公式。 实验器材：自制磁铁组；电流回流组（由导线框和电流回流支架组成）；学生电源（J1202）；滑动变阻器（5Ω,3A）；直流电流表（3A）；开关及导线若干；电子天平秤（3Kg，0.01g）。 图1 图2 实验操作步骤： 1、如图所示，安装实验器材：连接供电回路、校正电子天平秤、放置磁铁组、固定载流导线后，电子称去皮。 2、保持导线长度一定时，探究安培力和电流大小的关系。 ①通过调节学生电源的输出电压及滑动变阻器的阻值，改变电流的大小，把I1、I2、I3……填入数据表1中。 ②在电子天平秤上读出对应的读数m1、m2、m3……，并填入表格1中。 3、保持电流大小一定时，探究安培力与导线长度的关系。 ①改变载流导线在磁场中导线的长度L1、L2、L3、L4，并填入表格2中。 ②在电子天平秤上读出对应的读数m1、m2、m3、m4，并填入表格2中。 4、切断电源，整理实验器材。 实验数据处理和结果： 表格1：（L=12.60cm） 表格2：(I=1.0A) 根据以上两个坐标图象可得：。因此， （B为比例系数）。 实验注意事项： 1、电源用低压直流电，不可接交流电。 2、电流应限制在3A内，通电时间不宜过久。 3、电子天平秤的使用：①利用称上的水平仪调节水平；②使用前要用砝码校正；③小心放上磁铁组，固定载流导线后，按下去皮键，稳定归零后，方可测量。④操作时，尤其读数时，注意导线不能与磁铁组相接触。 4、电流回流组应固定，不然影响测量值。 5、磁铁组磁性非常强，远离手机、银行卡、铁块等物品，避免造成不必要的损失。 制作过程： 1、自制磁铁组：底座是一块28.7cm×14.5cm木块，把8块铷铁硼强磁铁块两两相对( 距离为4.5 cm)固定在木块的凹槽中，组成一个匀强磁场，磁感应强度约为0.1T左右。如图3所示。 2、电流回流组：用铜质输电导线（规格6m2）制作两个导线框。一个载流长度恒定为12.60cm。另一个载流长度可变化，制作成如图1所示的“山”型，每段长度为6.30cm，总共为4段，导线长度可表 图3 达为L、2L、3L、4L。回流支架由一块孔状塑料板制作而成。载流导线可以插入回流支架的孔中， 起到固定的作用。 实验创新亮点： 1、利用电子天平秤测压力（或拉力）的大小和方向，具有很强的精确性和稳定性。 2、运用牛顿第三定律，间接测量载流导线受到得安培力。测量的是磁铁组受到的反作用力，使得测量对象更具有独立性，而增加了实验的操作性，减少了实验的误差。 3、磁铁组中用铷铁硼的强磁铁，形成的匀强磁场的磁感应强度有0.1T左右，能使单匝导线受到较大的安培力作用，使得制作和操作都简单化。 4、利用EXCEL来处理实验数据和绘制F-I、F-L的图像，即节约了实验操作的时间，又减少了实验的偶然误差。 课堂教学中的功效： 1、高中物理人教版选修3-1第三章第2节《磁感应强度》中，演示实验是探究影响通电导线受力的因素，如图4所示。而没有探究通电导线受力与电流大小和导线长度的关系的演示实验。教材上只有这样一句话：“分析了很多实验事实后人们认识到，通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比”。 通过本实验装置，能够让学生定量的探究安培力F与导线L和电流大小I的关系，增强学生的感性认识，完善学生的知识体系。既提高了课堂效率又丰富了课堂内容。 图4 2、利用这个装置使得测量安培力更具有操作性，可以让学生在这基础上，自行设计：①安培力与影响安培力大小其他因素（磁感应强度B、电流方向和磁感线方向的夹角θ）的关系；②改进电流天平，测量常见磁场（条形磁铁、直线电路、环形电流、通电螺线管）的磁感应强度B；等等。培养了学生的创新能力和实践能力，同时对学生的团队精神、语言表达和思维品质的培养提供了条件。 3、在实验方法上，处理一些无法直接测量的物理量的问题，除了用放大法、等效替代法、转换变量法等等以外。本装置的设计方法值得在实验教学中总结