探究通电导线所受安培力大小实验的改进

　　摘   要：本文对“探究通电导线所受安培力大小”实验所存在的不足进行了探讨，提出了具体的改进方法，并对改进后的优点及改进注意事项进行了阐述。
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　　关键词：实验;不足;改进;优点;注意事项
　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2015）1-0061-2
　　在人教版《物理选修3-1》中，对通电导线在磁场中所受安培力大小的研究，是在第二节“磁感应强度”中作为演示实验“探究影响通电导线受力的因素”开出的，只定性的研究了与电流大小、导线长度的关系，然后在第四节“通电导线在磁场中受到的力”中就直接用“在第2节的学习中我们已经知道”给出结论，给学生理解上造成一个较大的思维断层。
　　第二节的重点、难点是“磁感应强度概念”的建立，用图1所示的仪器，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过摆动角度的大小比较导线受力的大小，通过分别接通“2、3”和“1、4”来改变导线通电部分的长度，电流由外部电路控制，观察这两个因素对导线受力的影响，从这个实验事实分析得出：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度成正比，又与导线中的电流成正比，用公式表示为：F=BIL，B是比例系数。在这里，该实验是为磁感应强度概念的建立服务的，弱化了该实验的重要性。并且，按教材中的要求进行实验，在现有县市及农村高中实验室，没有大电源和强磁场，很难取得理想效果。这一实验主要存在三方面不足：①受条件限制，现象不明显，单根导线的受力在改变电流时，角度变化对比不方便也不明显;②无法进行定量研究和对比;③没有研究安培力的大小与磁感应强度的关系。针对第一点不足，我们往往用一个线圈来代替单根导线，现象明显得多，但其他两个问题不好解决。为了解决这个问题，笔者对该实验进行了改进，效果非常好，而且把它改成一个学生分组实验，时间安排在讲完第二节“磁感应强度”之后，或在第四节“通电导线在磁场中受到的力”之前，既突出该实验的重要性，也让学生在理解上没有思维断层。
　　1    具体的改进方法
　　 如图2所示，把实验仪器全部安装在一块400×500 mm的实木板上，做一固定支架用来悬挂磁铁，支架高度要使磁铁挂上去后两极与线圈上部导线在同一高度，悬挂磁铁的横梁上要有固定磁铁的卡子，当悬挂两块以上磁铁时，磁铁不会自由移动;选择感量为0.1 g、具有清零功能和单位转换功能的电子秤置于支架下方;用一方形线圈固定在电子秤上，线圈在悬挂磁铁的横梁的正下方，且当挂好磁铁时线圈在两磁极的正中间位置。
　　图2  改进后的实验装置一
　　2    改进后的优点
　　 ①可以成套组装，并把演示实验改成学生分组实验，加深学生的感性认识;并且改装或自制的仪器，更容易激发和提高学生的学习兴趣。
　　 ②改成学生分组实验，在讲完第二节“磁感应强度”之后进行实验，还可以定性地研究安培力大小与磁感应强度的关系。
　　 ③实验现象明显，可以研究当通电导线与磁场方向垂直时安培力大小与电流、导线有效长度的定量关系;还可以把磁铁斜放，使其磁场方向与电流成一定夹角，研究安培力的大小与夹角的关系。
　　3    注意事项
　　 ①电子秤很灵敏，加减磁铁要轻拿轻放，更不能用手直接去压电子秤，而且与线圈连接的导线略有移动都会影响测量数据的准确性，实验中不能碰触与线圈连接的导线，开机能自动清零，中间每次实验开始前要注意电子秤清零，以消除导线产生的误差。
　　 ②同一套仪器内的几块磁铁，尺寸要相同，磁感应强度要尽量相同，选择磁铁时，保持电流相同，每次单独放一块蹄形磁铁，电子秤示数相同的可以认为它们的磁感应强度相同。
　　 ③通电导线在磁场中的长度可认为等于磁体的宽度，当挂一块磁铁时通电导线长度记为L，挂两块磁铁时通电导线长度记为2L，挂三块磁铁时通电导线长度记为3L。
　　 ④研究安培力大小与磁感应强度的关系时，悬挂一块磁铁测量一次，然后在磁铁两极上吸附1～2块强磁片来改变磁感应强度，可定性地得出安培力大小与磁感应强度的大小成正比的结论。
　　 以上改进制作简单，操作方便，数据精确，对学生理解“影响通电导线受力的因素”和激发学生的学习兴趣可起到很好的效果。
　　参考文献：
　　[1]梁雷.《通电导线在磁场中受到的力》教学设计[J].物理教学探讨，2014，（2）：64.
　　[2]人民教育出版社课程教材研究所.物理选修3-1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010.
　　[3]人民教育出版社课程教材研究所.物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.
　　（栏目编辑    王柏庐）