改進型安培力演示器的制作和演示

葉祥勝

(湖南省衡陽縣第一中學 湖南 衡陽 421200)

原有的安培力演示器能演示安培力方向與電流方向、磁場方向之間的關系，還能定量地演示安培力的大小F與電流強度I，通電導線的長度L，磁感應強度B之間的關系，即驗證安培力公式F=ILB．而改進以后的安培力演示器彌補了原儀器操作不太方便、現象不太明顯的不足，取得了很好的實驗效果．

1 儀器裝置及特點

改進型安培力演示器主要部件如圖1和圖2所示，對比原儀器它具有以下特點.

圖1 三蹄形磁鐵并排放置，同名磁極在同側

圖2 改進后的安培力演示儀

(1)如圖1，原實驗儀器演示指針偏角太小，最大偏移距離7.5 mm，只能定性地演示安培力與電流大小、磁場的強弱和通電導線長度成比例的關系．改進以后的裝置成倍地增加了導線長度、磁場寬度，使安培力成倍地增加，效果非常明顯．

(2)如圖2，采用多股導線代替單股導線增大磁場，線框的偏移距離用指針放大，大大地增大了可視性，最小偏移距離可達50～60 mm．

(3)圖1和圖2所示的兩套儀器結構簡單、操作方便、效果明顯．

2 儀器的制作方法

(1)箱面的制作.用木板制成如圖2所示的裝置，構成一個雙形支架，木箱內用導線連接好電路，箱面裝電源接線柱兩個，雙刀雙擲開關一個．

(2)線框的制作.用細銅線繞成3個不同大小的多匝線框，3個線圈的匝數相同，分別放入1個、2個、3個相同蹄形磁鐵，把3個線圈構成一個整體線框，將3個線圈首端連接在一起，標為零號接線柱，尾端分別標為1，2，3號接線柱，0-1接線柱標為1號線框，0-2，0-3接線柱分別標為2號、3號線框，在線框下端固定一根細銅棒，線框放在雙形支架上靈活擺動，帶動指針轉動，用有機玻璃板制成刻度盤．

3 儀器的演示方法

演示時首先將低壓電源或干電池4節、直流電流表(0～0.6 A)、滑動變阻器(0～50 Ω)，與演示器組成串聯電路，如圖3所示．控制變量逐步演示安培力與磁場B，電流I和導線長度L之間的關系．

圖3 演示器連入電路實物圖

(1)演示磁場對通電導線的作用力方向

將演示器0-1接線柱接入電路中，線框內放入一個蹄形磁鐵，接入3～6 V直流電源，分別改變電流方向和磁場方向，觀察指針的偏轉方向，從而得到磁場對通電導線的作用力方向與磁場B和電流I方向的關系．

(2)演示安培力的大小與電流的大小的關系

分別將演示器0-1，0-2和0-3接線柱接入電路中，調節滑動變阻器，改變電路中的電流，觀察并記錄指針偏轉角度的格數，得出安培力的大小與電

流成正比的結論．

(3)演示安培力的大小與通電導線的長度的關系

把3個相同的蹄形磁鐵放入線框內，保持電流大小和方向不變，將電路分別接接線柱0-1、0-2和0-3，以改變導線的有效長度，觀察并記錄指針偏轉角度的格數，得出安培力的大小與導線長度成正比的結論．

(4)演示安培力的大小與磁場強弱的關系

將演示器的0-1接線柱接入電路中，保持電流不變，將強弱不同的磁鐵分別放入線框內，觀察并記錄指針偏轉角度的格數，得出安培力的大小與磁感應強度大小成正比的結論．

使用改進型安培力演示器能夠很方便地演示安培力與磁場、電流和導線長度之間的關系，實驗中如果注意指針刻度調零、線框保持豎直和擺動靈活，蹄形磁鐵并放時保持一定的距離且線框相對磁鐵位置保持不變等細節，實驗結果將更精確．