“探究影响安培力大小因素”的实验及改进

    李海婷

    

    

    

    [摘? ?要]教科版选修3-1第三章第二节的实验“探究影响安培力大小因素”，要求学生用控制变量法进行探究，本着实验更科学、更稳定，让学生对实验结果更信服的宗旨，对该实验进行改进。

    [关键词]物理实验;安培力;电流;数据表格

    [中图分类号]? ? G633.7? ? ? ? [文献标识码]? ? A? ? ? ? [文章编号]? ? 1674-6058（2019）32-0053-02

    “探究影响安培力大小因素”的实验是教科版选修3-1第三章第二节的内容。课本主要是探究安培力大小与电流大小、磁场中导线长度的关系。实验的目的是让学生能运用控制变量法进行探究。实验中，教师应设法让装置稳定，以便学生观察，找出规律，让学生更信服。笔者针对课本实验过程中存在的缺点，对实验进行了改进，以提高实验教学效果。

    实验1.探究安培力大小与电流的关系

    实验1 探究安培力大小与电流大小的关系

    实验原理：用串联电路给方形线圈通电，线圈在磁场中会受到向下的安培力，根据受力平衡，用弹簧测力计测出的值减去方形线圈的重力就等于安培力。通过调节滑动变阻器，就可以改变线圈中电流的大小，测出多组电流对应的安培力的数据，最后根据数据找出规律。

    数据表格：

    实验缺点：1.U型磁铁中间的磁场只是近似匀强磁场，要控制变量，每次都要把线圈下端放到磁场的同一位置，这样测出的数据才更有规律。2.本实验安培力较小，弹簧测力计的劲度系数应较小，这样弹簧的读数才能更准确。3.方形线圈通电后等效成小磁针，会跟U型磁铁相互吸引，达不到稳定状态，用弹簧测力计无法准确测出安培力的大小，直接将测力计换成传感器，也不能解决线圈不稳定的问题。

    实验改进：

    为了克服上述缺点，可对教材中的实验装置进行改进。

    实验原理：用串联电路给方形线圈提供电流，将线圈放入磁场中，U型磁铁放在电子秤上（电子秤用的是力的传感器，只有中间放磁铁的部分能称出质量，周围放东西是没有感应的），放一卷透明胶就可以固定磁铁，线圈受到一个向上的安培力，根据牛顿第三定律，磁铁受到向下的力，大小等于安培力的大小。放上磁铁，闭合开关前，先将电子秤清零，待会就可以直接读出示数，再将示数转化为力，电流表可以直接读格数。

    数据表格：

    实验优点：1.线圈被固定在泡沫上，受力后位置变化很小的，待测电流位置的磁场的强弱几乎不变。2.线圈较为稳定，实验数据更可靠。3.表格在前面已经做好数据转化，电子秤直接显示数字，方便学生读数，便于找出其他条件一定时，安培力大小与电流大小成正比的规律。

    实验2.探究安培力大小与磁场中导线的长度关系

    课本实验的具体操作步骤是紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体，相同的極性在同一侧，增加匀强磁场的长度，进而可以增加导体在磁场中的长度。

    缺点：1.虽然在磁铁旁再加一个磁铁对中间近似匀强磁场部分的磁场强弱影响不是特别大，但是这也违反了控制变量法的原则，不免让学生觉得疑惑。2.线圈通电后，也很难达到稳定，会被磁铁吸引。

    为了解决这个问题，想了许多方法，其中一个是应用安培力演示器定性探究安培力与磁场中导线长度的关系。由于身边没有现成的安培力演示器，所以参考图中的装置自行制作，做好后发现只用一根铜棒，实验现象很不明显，指针摆动的角度也很小，不利于学生观察。笔者又对安培力演示器进行改进，将铜棒用多匝线圈代替，发现线圈摆动的角度增大许多，再经过传动装置将摆动角度用指针放大，学生从刻度盘上观察到更明显的实验现象。

    实验原理：将中间与右边接线柱接入电路中，给导线提供电流，相当于磁场中导线长度是右边部分，观察指针偏转的格数，再将左右两端的接线柱接入电路中，相当于将整段导线接入电路中，磁场中导线的长度是原来的两倍，观察指针偏转格数，对比两次实验数据得出安培力大小与磁场中导线长度是正相关的。

    优点：1.实验结果较为稳定。2.实验现象更明显。

    改进实验装置目的是为了使实验效果更明显，用真实的数据验证学生的猜想，使学生的思维豁然开朗，使学生在探索中养成实事求是的科学态度，为学生的长远发展打下基础。

    （责任编辑 易志毅）