安培力定量演示實驗（數字化實驗室）

吳 瑤

（貴州省銅仁市銅仁一中 貴州銅仁 554300）

在高中物理安培力的實驗教學中，主要涉及兩項實驗內容，其一為電流大小I與安培力F之間的關系，其二為導線長度l與安培力F之間的關系，兩個定性實驗的結論過于籠統，無法對安培力有關的因素進行精確的探究，并且與安培力相關的計算公式也無法在安培力實驗中探索，學生在接觸與F相關的因素中，無法準確獲取實驗結論，進而導致學生無法通過實驗結論獲取關于安培力大小的計算公式，如此便失去了安培力實驗的目的。[1]

一、定量探究F-I之間的關系

若想探究定量F-I之間的關系，首先即要將磁鐵受到的安培力反作用力進行轉換，使其能夠演化為導線圈，并在受到磁場安培力作用的同時轉變為豎直方向力。電子秤通過此過程能夠切實將安培力F的大小呈現，最終獲取對應數據。實驗的主要目的為探究F與I之間的關系，但此類關系除上述手段外無法切實產生變更，應結合實際展開分析。獲取I的實驗步驟如下：首先選定n，如將n設置為60圈的線圈，將n置于實驗流程中，根據改變I的大小確定具體數據。獲取兩項數據后，可通過表格獲取對應數據的分析，隨后將具體數據采用控制變量法與描點繪圖法體現出來，制作成折線圖，較為切實地將二者之間的關系以能夠直觀觀察到的方式表現于實驗過程中，最終獲取實驗成果。學生于實驗操作過程中常出現部分問題，如計算錯誤、數據收集出現問題等，應著重針對此方向問題對學生進行引導，使其能夠正確操作。除此以外，表格收集工作中可引導學生使用計算機技術，如EXCEL表格等。[2]

二、定量探究F－I之間的關系

若想通過定量研究總結出安培力F與導線長度l的關系，就必須將導線長度進行量化，針對此方面，教師通過更換線圈匝數的導線圈的方式，對變量l進行調節，如此將有效實現量化的目的。在進行導線圈的選擇期間，教師可采用20，40，60，80，120匝共5組導線圈。與此同時，教師應著重關注導線圈的寬度，使其能夠統一保持在3cm，通過以上條件，最終的實驗有效長度將為0.6.1.2.1.8.2.4m，并且5組的導線圈長度皆存在差異性，在教師完成更換導線圈的環節后，可實現導線長度的改變，在最后的繪制F－l函數圖像期間，教師可選定B＝43T，I＝0.8A，θ＝90°，將I的大小進行改變可有效獲取到最終的實驗結論。

如圖所示

三、定量探究F-B函數關系的實驗

定量探究F-B函數關系的實驗應首先由量化磁感應強度展開，量化磁感應強度的單位為B，定量探究的目的即為更改此變量，使變量作為實驗探究目的中的重要單位之一。就實驗整體步驟展開分析，此類步驟的出現對于實際過程而言具有較為重要的意義，可保障定量探究目的完成。因此，應切實將平行磁鐵作為改變磁場大小的主要手段引導學生展開實驗，原理為平行磁鐵之間的磁場為勻強磁場，改變磁鐵間距離即可有效達到改變磁場大小的目的。

繼續進行實驗，完成改變距離影響B大小的實驗步驟后，應切實根據實際數據繪制函數圖像，此過程中應注意學生對于相關知識的掌握程度，繪制過程中是否出現問題。正確的繪制過程結束后，可得出F∝B，若結論不正確應展開檢查，保障結論正確。隨后繼續試驗，與上文同樣展開n的選定工作，即將n設定為60圈，I=0.23A，實驗中改變B的大小得出對應數據并記錄。記錄過程中應保障數據準確，不要出現誤記、漏記現象。

最終，試驗結束前應獲得三類定量，最后根據定量的大小獲得對應數據，即F∝B，F∝1。根據兩式得出F∝BIl的結論。至此，試驗結束。針對實驗數據展開分析可發現各類參數間的關系，如BIl的乘積于誤差范圍內等于F、BI于垂直前提下安培力大小的計算公式（F=BIl）。關于實驗過程中傳感器方面的作用，應注意其在實驗中起到的實際價值。本次實驗中主要應用力傳感器、磁場強度傳感器。實驗中應用傳感器的實驗為探究影響安培力大小因素實驗，實驗前，需將傳感器調零，以免影響數據準確性。

四、定量探究F-θ之間的關系

若想針對實際情況展開分析，首先需通過旋轉勻強磁場的手段展開實驗，且需量化對應數據，繪制F-θ的正弦函數關系。實驗中應引導學生繪制函數圖像，進而選定n。本次實驗中的n參數與上述試驗不同，將n選定為40圈，I=0.4A，通過改變θ大小得出實驗數據。隨后根據量化后的實際數據利用EXCEL圖表實現記錄功能。

實驗結束后應針對本次試驗展開討論。針對F-θ之間關系展開分析，教師可向學生提出問題，如為何本次試驗誤差較大、安培力計算公式是否存在差異等。學生圍繞此類問題展開分析與討論，最終發現問題的答案。教師可于討論過程中不斷引導學生，使學生發現勻強磁場與平行磁鐵的差異，最終根據此類差異尋求實際數據，得出結論。實際過程中，勻強磁場與平行磁鐵的差異使平行磁鐵無法實現同等作用，一旦出現對應狀況，將會造成部分問題。使導線圈靠近磁鐵，從而導致誤差現象的出現。但針對正弦函數而言，其并不會受到影響，因此，實際過程中誤差較常出現，但正弦函數與安培力計算公式不受影響。

結語

綜上所述，希望能夠通過此模式的物理實驗，使現代高中生能夠通過此實驗過程提高自身學習物理知識的興趣，實現自身物理能力上的提高，使物理實驗探究的價值能夠得到充分發揮。