探究磁感應強度和通電導線長度與電流定量關系的實驗設計

王呈平

一、設計的思想

磁感應強度是中學物理電磁學中的一個很重要的概念。對磁感應強度與通電導線和電流的定量關系，普通高中課程標準實驗教科書物理選修3—1（人教版）既沒有安排學生實驗，也沒有列入課題研究，而只是通過一個演示實驗觀察通電導線在磁場中受力的定性關系，最后說用“分析了很多實驗后”總結得出了公式：B=F/IL。公式中B—磁感應強度、F—導線受到的安培力、I—導線中的電流、L—通電直導線在磁場中的長度。

高中物理中通過學生自主探究得出物理規律的教學顯得尤為重要，此實驗設計遵循新課改的教學理念與要求，設計了學生通過實驗研究得出磁感應強度與通電導線和電流大小的定量關系。

我們知道，電場最基本的性質是對放入其中的電荷產生力的作用，為了研究電場的強弱，我們可以引入一個試探電荷，研究此試探電荷在電場中某點所受靜電力的大小，采用控制變量法，改變試探電荷的電量和其在電場中的位置，從而得出了電場強度是取決于電場本身性質的物理量，并給出了電場強度定義。

本實驗的設計思想類比于電場強度的定義方法。前面的學習使我們已知，磁場的最基本性質是對放入其中的磁體和電流有力的作用。所以我們可以通過研究磁體在磁場中所受的力來研究磁場的強弱。但是，磁體都有兩個磁極，單獨的N極不能存在，任何磁體在磁場中靜止時所受合力都為零，因此不能通過測磁極在磁場中所受的力來研究磁場強弱。磁場除了對磁體有力的作用以外，對通電導線也有力的作用，我們可以通過測出磁場對電流的作用來研究磁場的強弱。

為此，我們先引入試探電流元的概念：很短的一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL叫做電流元（類似于研究電場時的試探電荷）。

二、實驗設計

1.實驗目的

以學生原有的認知為基礎，引導學生主動發現問題，解決問題，從而在科學的探究活動中構建科學新概念。通過測定通電導線在磁場中所受力的大小和電流強度與位于磁場中導線長度的關系來研究磁感應強度和二者的定量關系。

2.實驗原理和方法

實驗中明確“垂直放入磁場中的通電導線會受到磁場力的作用”。在磁場中垂直磁場方向放入一段直導線，通過開關控制電流的通斷，用里傳感器測出通電時導線所受力的大小；通過控制變量的方法來研究導線中電流大小和位于磁場中導線長度與磁場強弱的關系。

3.實驗器材

兩組磁性不同的磁鐵（每組至少三對異名磁極），相同輕質直導線若干條，鐵架臺，直流電源，開關，靈敏電流計，滑動變阻器，絕緣細線若干，連接導線若干。

4.實驗裝置

由此我們可以得出：通電導線在磁場中所受安培力的大小與電流成正比，與位于磁場中的導體長度成正比。

最后經過數據分析處理，得出實驗結論，從而探究得出磁感應強度與通電導線長度和電流的定量關系。