探索安培力實驗的設計
探索安培力是高中物理教學中的一個重要實驗，課程標準要求學生通過該實驗
了解安培力，學會判斷安培力的方向和計算均勻磁場中安培力的大小。
安培力演示設備不夠理想，學生難以理解安培力的定量關系。
（F=BIL）有著深刻的理解。為此，作者設計了兩套實驗設備，探索
力的大小和方向的規律。
1. 背景
中學演示安培力的設備主要是J2447安培力演示器。
用于演示磁場中直導體所受的力，使學生理解安培力的原理。
以及安培力、電流方向、磁場方向的關系。
安培力演示器是演示安培力的主要實驗設備，但實際演示效果并不理想。
例如，滾動絲與導軌經常接觸不良，導致演示實驗失敗；儀器的可視范圍比較
另外，載流導線平行于磁場方向和垂直于磁場方向的兩種不同情況的證明是
如果學生想了解安培力的影響，他們需要拆卸并重新組裝兩個通電軌道。
J2447安培力演示器無法演示小的三個因素。
為了讓學生更好地理解實驗中的安培力及相關影響因素，作者設計了
制作了兩套用于安培力教學的實驗設備：安培力演示儀、安培力探索實驗儀。
2.實驗設備制作
1.安培力演示儀
制作底座和導軌
首先，選取一塊60cm×20cm的木板作為基底，對其表面進行打磨、上漆。
然后，切割兩條60cm×2cm的銅條，用它們支撐
用錘子將其敲平后，再用砂紙打磨表面，去除表面的氧化物。
在底板上鉆孔安裝，銅條間距保持10cm。
連接到銅條并用焊料固定。
產生均勻磁場
磁場由兩塊相對放置的15cm×10cm磁鐵組成，具體操作過程如下：
在合金管上挖四個10cm×2cm的方孔，然后將兩塊磁鐵放入其中。
用不銹鋼棒制作一個U型支架，最后在支架上安裝兩塊包覆鋁合金管的磁鐵。
裝置示意圖如圖1所示。
圖1
2. 探索安培力實驗裝置
產生強大均勻的磁場
此均勻磁場主要用于安培力實驗的定量探索，因此所需的磁感應強度相對較
磁場由兩塊15cm×10cm磁鐵相對放置組成，首先在鋁合金管上挖4個孔。
然后將鋁合金管套在兩塊磁鐵上，并相對放置，使兩塊磁鐵
鐵片之間的距離為5cm，最后將磁鐵固定在木板上。
制作線圈
線圈采用抽頭設計法，首先用鋁合金制作一個方形線圈支架，繞制線圈時
當繞N圈時，引出一個端子，當繞2N圈時，引出第二個端子，最后當繞3N圈時，
引出第三根線端（如圖2所示）。
圖 2
3.實驗設計
1. 探索安培力的方向
本課的重點之一是利用左手定則確定安培力的方向。
安培力演示器已完成。
演示電流方向垂直于磁場方向的情況
將底座水平放置，將磁鐵置于底座中間，將導線置于導軌上。
它位于兩塊磁鐵之間。最后，將軌道上的導線、干電池和電流表串聯起來。
連接好（如圖3）。
圖片 3
當開關閉合時，可以觀察到電流表上的指針擺動，證明電路中有電流流過。
此時注意觀察直導線的運動情況，改變電流和磁場的方向，觀察直導線的運動情況。
電線的移動。
演示電流方向與磁場方向平行的情況
實驗設備參考第一種情況，只需要改變磁鐵的位置，將磁場方向與導線放在同一個方向即可。
當接通開關時，電流表的指針會偏轉，此時要注意觀察導線的動向。
然后改變電流和磁場的方向，分別觀察直導線的運動。
實驗結果
這套實驗裝置的演示效果非常明顯，僅用一節1.5V干電池，就能實現直導
同時，由于實驗中串聯了電流表，學生可以直接觀察電路中流動的電流。
當老師演示磁場與電流方向平行的情況時貝語網校，學生可以直接觀察電路
雖然直線導線中流過電流，但是電流是靜止的。
消除學生在J2447安培力演示器中遇到的疑惑：也許電路中沒有電流，這會導致
直線不能移動。
這套實驗設備除了可以清晰地演示實驗之外，還有兩個優點：第一，在改變磁場方向時，
操作簡單，不需要像J2447安培力演示器那樣拆卸和重新安裝導軌。
穩定性高。由于導軌采用銅條設計，增加了直絲與導軌的接觸面積。
確保直絲與導軌有效接觸。
2.探究影響安培力大小的因素（磁場方向垂直于載流導線）
實驗設備：J1209高中教學電源、數據采集器（含力傳感器、磁場強度傳感器
傳感器）、自制線圈、滑動變阻器、電流表、自制均勻磁場。
將設備歸零。
實驗裝置如圖4和圖5所示。
圖 4 圖 5
當磁感應強度B和線圈工作電流I一定時，探究安培力F與線圈長度L的關系。
關系
實驗時保持線圈電流I=1.5A，通過在線圈上連接不同的端子來改變電流。
電線圈在磁場中的有效長度。測量的安培力值如表1所示。
表格1
當磁感應強度B和線圈長度L一定時，探究安培力F與線圈工作電流I的關系。
關系
實驗時安培力方向判斷，接在電路中的線圈長度保持為3l，改變滑動變阻器的阻值。
改變通電線圈的工作電流。測量值如表2所示。
表 2
當線圈工作電流I、線圈長度L一定時，探究安培力F與磁感應強度B之間的關系。
關系
實驗時，線圈電流I保持在1.5A，接入電路的線圈長度保持在3l。
雙磁鐵法改變磁感應強度（如圖4、圖5所示）。測量值如表3所示。
表3
實驗結果
通過以上三組數據，我們可以觀察到安培力F的大小與電流強度I、線圈長度有關。
第三組數據，探究安培力F與磁感應強度B的關系。
實驗結果表明，安培力隨磁感應強度的增大而增大。借助上述設備，老師可以
安培力定律的求解非常簡單，而且實驗是老師現場做的安培力方向判斷，可信度很高。
同時，學生對實驗結果有了感性的認識，有助于理解安培力的有關規律。
法律也很有幫助。
4. 設計反思
兩套實驗設備的演示效果很好，學生可以直觀地觀察和了解物體的大小和
方向律可以讓老師輕松完成新課程標準關于探索安培力的教學要求。
該儀器在演示實驗過程中也存在一些不足，例如當需要改變磁感應強度時，操作相對復雜。
如果磁場是由電磁鐵提供的，那么改變磁感應強度就方便多了。
參考
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