探究安培力大小的新實驗

新課程標準提倡學生的自主、合作的探究學習，培養學生具有一定的質疑能力，信息收集和處理能力，分析、解決問題能力和交流、合作能力。物理實驗教學是一個非常好的橋梁，然而教材中的有些實驗，如果一味按教材去做，要么不易成功，要么現象不明顯。因此在學習中需要師生合作進行實驗創新和改進，并且使學生經歷過程，體驗方法，培養學習興趣。

1 教材的講述

關于安培力的大小，教材實驗是將三塊相同的蹄形磁鐵并列放置，可認為磁極間的磁場是均勻的，將一根直導線懸掛在磁鐵的兩極間，通電時，觀察導線擺動的一個角度，通過角度我們可以比較安培力的大小，分別接通導線中的不同部分來改變導線的長度，電流由外部控制，先保持導線通電部分長度不變，改變電流大小，然后保持電流不變，改變導線通電部分的長度，觀察這兩個因素對磁場力的影響。實驗發現，通電導體長度一定時，電流越大，導線所受安培力就越大，電流一定時，通電導線越長，安培力也越大。教材直接給出實驗結論即通電導體在磁場中受到的安培力的大小，與導線得長度L成正比，由于與導線中的電流I成正比，即與I和L的乘積IL成正比，用公式表示為F=BIL。［1］

此實驗操作中效果不明顯，也是直接給出一個定量表達式。因而需要在教學中和學生一起探究改進，使得效果更好。

2 實驗改進

2.1 實驗目的

證明通電導體在磁場中所受安培力的定量表達式是：F=BIL

2.2 工作原理

磁場對電流的作用力叫安培力，安培力（F）與磁感強度（B）電流強度（I）通電導體的長度（L）有關，那么我們可以通過控制變量法，保持其中的兩個量不變，看F與其余一個量的關系，進行定量探討，得出安培力F等于磁感應強度（B）電流強度（I）通電導體的長度（L）三者的乘積即F=BIL。安培力的大小可以根據物理人教版第二冊188頁B組習題啟示用天平測量（圖2）。［1］當導體中有電流通過時，天平不平衡，給左盤加入砝碼或調解游碼達到重新平衡斷開電路時，可將天平上讀出的值乘以重力加速度g即為安培力的大小。電源可以用蓄電池或低壓大電流演示電源，電流大小用滑動變阻器控制，從電流表上讀出。導線的長度用漆包線制作成50匝、100匝、150匝……的矩形線圈代替，匝數不同通過磁場中的導線的長度就不同。磁體是使通電導體受力且直接影響受力大小的重要因素之一，裝置對磁體的要求不僅要提供強磁場，而且強磁場的區域要大一些，對此我們可以用若干塊小磁塊（圓柱形或長方體型）并起來，組成一塊大的“板”型磁體或一塊大的“蹄”形磁鐵（圖3）［2］。用小磁鐵的多少控制磁場強弱。工作電路裝置如圖1所示。

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2.3 實驗器材

低壓大電流演示電源、滑動變阻器R、電鍵K、天平、線圈、電流表、可控制磁場（圖3）

2.4 操作與演示

（1）將所需器材按工作電路原理圖組裝起

來，將矩形線圈接在A、B兩端懸掛在天平的右盤上，保持矩形線圈在磁場中的部分與磁場方向垂直。（注意安裝儀器時電鍵應打開）

（2）采用控制變量法，調節滑動變阻器，讓電流控制為某一定值，用一給定匝數的線圈接入電路A、B端，即電流I和通電導線L不變，用增加柱形小磁鐵的個數來改變磁感應度B。調節天平重新平衡讀出數據，制出表格分析測量出的數據，可見F與B成正比。

（3）采用上述方法，讓磁鐵個數和接入電路中的線圈不變，盡量保持強磁場，即磁場強度B和通電導線L不變。用滑動變阻器控制電流的變化（讓其整數倍增加或減小），調節天平重新平衡讀出天平的測量結果和電流表顯示數據，制出表格分析測量的數據，可見F與I成正比。

（4）讓磁鐵個數和滑動變阻器的阻值不變，即磁感應強度B和通電導線中的電流I不變，盡量保證強磁場大電流。將不同匝數的線圈接入電路A、B端，即接入電路中的通電導體的長度發生變化。調節天平重新平衡讀出天平的測量結果和記錄接入電路中的匝數，制出表格分析測量的數據，得出F與L成正比。

3 實驗結論

安培力在勻強磁場中，在通電導線與磁場方向垂直的情況下，電流所受的安培力F等于磁感應強度（B）電流強度（I）通電導體的長度（L）三者的乘積，即：F=BIL。

此實驗提出問題，改進了課本上的實驗，其取材方便，學生可以自己動手制作。這將有利于培養學生汲取信息，動手創作，合作交流的探究學習能力。使學生逐步培養起良好的科學素養及創新思維品質，有利于學生的終身學習，有利于全面提高受教育者的科學素養。

參考文獻：

［1］人民教育出版社物理室編著，全日制普通高級中學教科書（必修加選修）.物理第二冊［M］.北京：人民教育出版社.2006.11第二版：P155~156.P168

［2］陶洪.物理實驗論［M］.南寧：廣西教育出版社.1999，P108

(欄目編輯王柏廬)