磁感應強度實驗裝置的改進

阮長久, 蘇 靜

(金華第一中學，浙江 金華 321015)

1 教材中的演示方法

人教版普通高中課程標準實驗教科書選修3-1第三章第2節“磁感應強度”中安排了演示實驗：如圖1所示，3塊相同的蹄形磁鐵并列放在桌上，可以認為磁極間的磁場是均勻的，將1根直導線水平懸掛在磁鐵的兩極間，導線的方向與磁感應強度的方向(由下向上)垂直. 有電流通過時導線將擺動，通過擺動角度的大小可以比較導線受力的大小. 分別接通“2,3”和“1,4”，可以改變導線通電部分的長度. 電流由外部電路控制. 先保持導線通電部分的長度不變，改變電流的大??；然后保持電流不變，改變導線通電部分的長度. 觀察這2個因素對導線受力的影響.

圖1 教材中的演示裝置

2 設計思想

把通電的導線框放入用2塊釹鐵硼超強長方形磁鐵相互靠近形成的磁場中，矩形線框平衡在豎直位置不動時，通電導線在豎直方向上受到的安培力等于力傳感器拉力的變化，通電導線的電流由電流傳感器來測量，導線的單匝有效長度用磁鐵的寬度來表示. 在導線匝數不變的情況下，改變電流的大小形成同一實驗裝置多組數據的對比，把這些數據導入表格中，再利用電腦F-I圖像中擬合，直接可以判斷安培力和電流之間的關系. 在電流大小一定的情況下，改變導線的匝數，把這些數據導入另一個表格中，再利用電腦F-L圖像中擬合直線，直接可以判斷安培力和導線匝數之間的關系，總結出磁感應強度和電流大小、導線長度無關.

3 制作材料

10 cm×13 cm釹鐵硼超強方形磁鐵2塊，長度為25 cm、寬為3 cm、高為10 cm帶有凹槽的長木板1塊，直徑為0.3 mm的漆包線6根(長度分別為3.5，7，10.5，14，17.5，21 m)，鋼鋸1把，朗威電流傳感器和力傳感器各1套，膠水1瓶，自制架1個，滑動變阻器1個，鐵架臺2個，電腦1臺，學生電源和導線若干.

4 裝置制作

用鋼鋸把木架做好，再把釹鐵硼超強方形磁鐵放入木架中，該裝置用以固定釹鐵硼超強方形磁鐵，以防止實驗過程中2塊釹鐵硼超強方形磁鐵吸在一起難以分開. 把導線繞制在長木板的凹槽內，并分別用記號50，100，150，200，250，300標示，這樣導線的匝數就很清楚了. 把帶有導線的凹槽固定在朗威力傳感器上，再把朗威力傳感器固定在2個鐵架臺的中間. 連好電路，分別接入朗威電流傳感器和力傳感器，并與電腦相連，實驗電路圖如圖2所示，實驗裝置如圖3所示.

圖2 實驗電路圖

圖3 實驗裝置圖

5 實驗方法

首先按電路圖連接好電路，開關斷開. 將力傳感器和矩形線框調至豎直狀態，使矩形線框處于2塊釹鐵硼超強方形磁鐵的中間位置，與磁鐵的底座有一定的距離，對力傳感器和電流傳感器的示數進行調零.

保持導線的有效長度不變(即不改變導線的匝數)，閉合開關，調節學生電源和滑動變阻器，待示數穩定后，點擊“點擊記錄”，記錄多組電流與對應力F值，用圖象法對實驗數據進行處理，繪出F-I圖象并保存圖象，數據和圖象如表1和圖4所示.

表1 實驗數據1

圖4 F-I圖象

分別接入匝數不同的接頭(相當于改變通電導線的有效長度)，改變滑動變組器接入電路中的電阻，使電流I保持在0.09 A，待示數穩定后點擊記錄電流和安培力F的值，并另加一個變量(導線的匝數對應的抽頭)依次表示為50,100,150,200,250，用圖象法對數據進行處理，繪出F-L圖象并保存圖象，數據和圖象如表2和圖5所示.

表2 實驗數據2

圖5 F-L圖象

6 結束語

經教學實踐證明，新的實驗設計使磁感應強度的教學層次變得簡單明了、邏輯性強，符合學生的認知規律，利于學生對磁感應強度的理解和掌握，且該實驗的改進可提高師生的動手能力，體驗創新過程帶來的成就感，有利于激發和培養學生的實驗創新能力，增加學習物理的興趣愛好.

參考文獻：

[1] 肖少斌. 自制“磁感應強度的測量”原理演示裝置[J]. 物理實驗，2005,25(9)：33-34.