“探究影響安培力大小因素”的實驗及改進

李海婷

[摘? ?要]教科版選修3-1第三章第二節(jié)的實驗“探究影響安培力大小因素”，要求學生用控制變量法進行探究，本著實驗更科學、更穩(wěn)定，讓學生對實驗結果更信服的宗旨，對該實驗進行改進。

[關鍵詞]物理實驗;安培力;電流;數(shù)據(jù)表格

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）32-0053-02

“探究影響安培力大小因素”的實驗是教科版選修3-1第三章第二節(jié)的內容。課本主要是探究安培力大小與電流大小、磁場中導線長度的關系。實驗的目的是讓學生能運用控制變量法進行探究。實驗中，教師應設法讓裝置穩(wěn)定，以便學生觀察，找出規(guī)律，讓學生更信服。筆者針對課本實驗過程中存在的缺點，對實驗進行了改進，以提高實驗教學效果。

實驗1.探究安培力大小與電流的關系

實驗1 探究安培力大小與電流大小的關系

實驗原理：用串聯(lián)電路給方形線圈通電，線圈在磁場中會受到向下的安培力，根據(jù)受力平衡，用彈簧測力計測出的值減去方形線圈的重力就等于安培力。通過調節(jié)滑動變阻器，就可以改變線圈中電流的大小，測出多組電流對應的安培力的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)找出規(guī)律。

數(shù)據(jù)表格：

實驗缺點：1.U型磁鐵中間的磁場只是近似勻強磁場，要控制變量，每次都要把線圈下端放到磁場的同一位置，這樣測出的數(shù)據(jù)才更有規(guī)律。2.本實驗安培力較小，彈簧測力計的勁度系數(shù)應較小，這樣彈簧的讀數(shù)才能更準確。3.方形線圈通電后等效成小磁針，會跟U型磁鐵相互吸引，達不到穩(wěn)定狀態(tài)，用彈簧測力計無法準確測出安培力的大小，直接將測力計換成傳感器，也不能解決線圈不穩(wěn)定的問題。

實驗改進：

為了克服上述缺點，可對教材中的實驗裝置進行改進。

實驗原理：用串聯(lián)電路給方形線圈提供電流，將線圈放入磁場中，U型磁鐵放在電子秤上（電子秤用的是力的傳感器，只有中間放磁鐵的部分能稱出質量，周圍放東西是沒有感應的），放一卷透明膠就可以固定磁鐵，線圈受到一個向上的安培力，根據(jù)牛頓第三定律，磁鐵受到向下的力，大小等于安培力的大小。放上磁鐵，閉合開關前，先將電子秤清零，待會就可以直接讀出示數(shù)，再將示數(shù)轉化為力，電流表可以直接讀格數(shù)。

數(shù)據(jù)表格：

實驗優(yōu)點：1.線圈被固定在泡沫上，受力后位置變化很小的，待測電流位置的磁場的強弱幾乎不變。2.線圈較為穩(wěn)定，實驗數(shù)據(jù)更可靠。3.表格在前面已經(jīng)做好數(shù)據(jù)轉化，電子秤直接顯示數(shù)字，方便學生讀數(shù)，便于找出其他條件一定時，安培力大小與電流大小成正比的規(guī)律。

實驗2.探究安培力大小與磁場中導線的長度關系

課本實驗的具體操作步驟是緊挨著蹄形磁體再并排放上一個相同的蹄形磁體，相同的極性在同一側，增加勻強磁場的長度，進而可以增加導體在磁場中的長度。

缺點：1.雖然在磁鐵旁再加一個磁鐵對中間近似勻強磁場部分的磁場強弱影響不是特別大，但是這也違反了控制變量法的原則，不免讓學生覺得疑惑。2.線圈通電后，也很難達到穩(wěn)定，會被磁鐵吸引。

為了解決這個問題，想了許多方法，其中一個是應用安培力演示器定性探究安培力與磁場中導線長度的關系。由于身邊沒有現(xiàn)成的安培力演示器，所以參考圖中的裝置自行制作，做好后發(fā)現(xiàn)只用一根銅棒，實驗現(xiàn)象很不明顯，指針擺動的角度也很小，不利于學生觀察。筆者又對安培力演示器進行改進，將銅棒用多匝線圈代替，發(fā)現(xiàn)線圈擺動的角度增大許多，再經(jīng)過傳動裝置將擺動角度用指針放大，學生從刻度盤上觀察到更明顯的實驗現(xiàn)象。

實驗原理：將中間與右邊接線柱接入電路中，給導線提供電流，相當于磁場中導線長度是右邊部分，觀察指針偏轉的格數(shù)，再將左右兩端的接線柱接入電路中，相當于將整段導線接入電路中，磁場中導線的長度是原來的兩倍，觀察指針偏轉格數(shù)，對比兩次實驗數(shù)據(jù)得出安培力大小與磁場中導線長度是正相關的。

優(yōu)點：1.實驗結果較為穩(wěn)定。2.實驗現(xiàn)象更明顯。

改進實驗裝置目的是為了使實驗效果更明顯，用真實的數(shù)據(jù)驗證學生的猜想，使學生的思維豁然開朗，使學生在探索中養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，為學生的長遠發(fā)展打下基礎。

（責任編輯 易志毅）