标题 | 探究通电导线所受安培力大小实验的改进 |
范文 | 李益国
摘 ? 要:本文对“探究通电导线所受安培力大小”实验所存在的不足进行了探讨,提出了具体的改进方法,并对改进后的优点及改进注意事项进行了阐述。 关键词:实验;不足;改进;优点;注意事项 中图分类号:G633.7 文献标识码:A ? ?文章编号:1003-6148(2015)1-0061-2 在人教版《物理选修3-1》中,对通电导线在磁场中所受安培力大小的研究,是在第二节“磁感应强度”中作为演示实验“探究影响通电导线受力的因素”开出的,只定性的研究了与电流大小、导线长度的关系,然后在第四节“通电导线在磁场中受到的力”中就直接用“在第2节的学习中我们已经知道”给出结论,给学生理解上造成一个较大的思维断层。 第二节的重点、难点是“磁感应强度概念”的建立,用图1所示的仪器,有电流通过时导线将摆动一个角度,通过摆动角度的大小比较导线受力的大小,通过分别接通“2、3”和“1、4”来改变导线通电部分的长度,电流由外部电路控制,观察这两个因素对导线受力的影响,从这个实验事实分析得出: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成正比,又与导线中的电流成正比,用公式表示为:F=BIL,B是比例系数。在这里,该实验是为磁感应强度概念的建立服务的,弱化了该实验的重要性。并且,按教材中的要求进行实验,在现有县市及农村高中实验室,没有大电源和强磁场,很难取得理想效果。这一实验主要存在三方面不足:①受条件限制,现象不明显,单根导线的受力在改变电流时,角度变化对比不方便也不明显;②无法进行定量研究和对比;③没有研究安培力的大小与磁感应强度的关系。针对第一点不足,我们往往用一个线圈来代替单根导线,现象明显得多,但其他两个问题不好解决。为了解决这个问题,笔者对该实验进行了改进,效果非常好,而且把它改成一个学生分组实验,时间安排在讲完第二节“磁感应强度”之后,或在第四节“通电导线在磁场中受到的力”之前,既突出该实验的重要性,也让学生在理解上没有思维断层。 1 ? ?具体的改进方法 如图2所示,把实验仪器全部安装在一块400×500 mm的实木板上,做一固定支架用来悬挂磁铁,支架高度要使磁铁挂上去后两极与线圈上部导线在同一高度,悬挂磁铁的横梁上要有固定磁铁的卡子,当悬挂两块以上磁铁时,磁铁不会自由移动;选择感量为0.1 g、具有清零功能和单位转换功能的电子秤置于支架下方;用一方形线圈固定在电子秤上,线圈在悬挂磁铁的横梁的正下方,且当挂好磁铁时线圈在两磁极的正中间位置。 图2 ?改进后的实验装置一 2 ? ?改进后的优点 ①可以成套组装,并把演示实验改成学生分组实验,加深学生的感性认识;并且改装或自制的仪器,更容易激发和提高学生的学习兴趣。 ②改成学生分组实验,在讲完第二节“磁感应强度”之后进行实验,还可以定性地研究安培力大小与磁感应强度的关系。 ③实验现象明显,可以研究当通电导线与磁场方向垂直时安培力大小与电流、导线有效长度的定量关系;还可以把磁铁斜放,使其磁场方向与电流成一定夹角,研究安培力的大小与夹角的关系。 3 ? ?注意事项 ①电子秤很灵敏,加减磁铁要轻拿轻放,更不能用手直接去压电子秤,而且与线圈连接的导线略有移动都会影响测量数据的准确性,实验中不能碰触与线圈连接的导线,开机能自动清零,中间每次实验开始前要注意电子秤清零,以消除导线产生的误差。 ②同一套仪器内的几块磁铁,尺寸要相同,磁感应强度要尽量相同,选择磁铁时,保持电流相同,每次单独放一块蹄形磁铁,电子秤示数相同的可以认为它们的磁感应强度相同。 ③通电导线在磁场中的长度可认为等于磁体的宽度,当挂一块磁铁时通电导线长度记为L,挂两块磁铁时通电导线长度记为2L,挂三块磁铁时通电导线长度记为3L。 ④研究安培力大小与磁感应强度的关系时,悬挂一块磁铁测量一次,然后在磁铁两极上吸附1~2块强磁片来改变磁感应强度,可定性地得出安培力大小与磁感应强度的大小成正比的结论。 以上改进制作简单,操作方便,数据精确,对学生理解“影响通电导线受力的因素”和激发学生的学习兴趣可起到很好的效果。 参考文献: [1]梁雷.《通电导线在磁场中受到的力》教学设计[J].物理教学探讨,2014,(2):64. [2]人民教育出版社课程教材研究所.物理选修3-1教师教学用书[M].北京:人民教育出版社,2010. [3]人民教育出版社课程教材研究所.物理选修3-1[M].北京:人民教育出版社,2010. (栏目编辑 ? ?王柏庐) |
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