探索安培力实验的设计
探索安培力是高中物理教学中的一个重要实验，课程标准要求学生通过该实验
了解安培力，学会判断安培力的方向和计算均匀磁场中安培力的大小。
安培力演示设备不够理想，学生难以理解安培力的定量关系。
（F=BIL）有着深刻的理解。为此，作者设计了两套实验设备，探索
力的大小和方向的规律。
1. 背景
中学演示安培力的设备主要是J2447安培力演示器。
用于演示磁场中直导体所受的力，使学生理解安培力的原理。
以及安培力、电流方向、磁场方向的关系。
安培力演示器是演示安培力的主要实验设备，但实际演示效果并不理想。
例如，滚动丝与导轨经常接触不良，导致演示实验失败；仪器的可视范围比较
另外，载流导线平行于磁场方向和垂直于磁场方向的两种不同情况的证明是
如果学生想了解安培力的影响，他们需要拆卸并重新组装两个通电轨道。
J2447安培力演示器无法演示小的三个因素。
为了让学生更好地理解实验中的安培力及相关影响因素，作者设计了
制作了两套用于安培力教学的实验设备：安培力演示仪、安培力探索实验仪。
2.实验设备制作
1.安培力演示仪
制作底座和导轨
首先，选取一块60cm×20cm的木板作为基底，对其表面进行打磨、上漆。
然后，切割两条60cm×2cm的铜条，用它们支撑
用锤子将其敲平后，再用砂纸打磨表面，去除表面的氧化物。
在底板上钻孔安装，铜条间距保持10cm。
连接到铜条并用焊料固定。
产生均匀磁场
磁场由两块相对放置的15cm×10cm磁铁组成，具体操作过程如下：
在合金管上挖四个10cm×2cm的方孔，然后将两块磁铁放入其中。
用不锈钢棒制作一个U型支架，最后在支架上安装两块包覆铝合金管的磁铁。
装置示意图如图1所示。
图1
2. 探索安培力实验装置
产生强大均匀的磁场
此均匀磁场主要用于安培力实验的定量探索，因此所需的磁感应强度相对较
磁场由两块15cm×10cm磁铁相对放置组成，首先在铝合金管上挖4个孔。
然后将铝合金管套在两块磁铁上，并相对放置，使两块磁铁
铁片之间的距离为5cm，最后将磁铁固定在木板上。
制作线圈
线圈采用抽头设计法，首先用铝合金制作一个方形线圈支架，绕制线圈时
当绕N圈时，引出一个端子，当绕2N圈时，引出第二个端子，最后当绕3N圈时，
引出第三根线端（如图2所示）。
图 2
3.实验设计
1. 探索安培力的方向
本课的重点之一是利用左手定则确定安培力的方向。
安培力演示器已完成。
演示电流方向垂直于磁场方向的情况
将底座水平放置，将磁铁置于底座中间，将导线置于导轨上。
它位于两块磁铁之间。最后，将轨道上的导线、干电池和电流表串联起来。
连接好（如图3）。
图片 3
当开关闭合时，可以观察到电流表上的指针摆动，证明电路中有电流流过。
此时注意观察直导线的运动情况，改变电流和磁场的方向，观察直导线的运动情况。
电线的移动。
演示电流方向与磁场方向平行的情况
实验设备参考第一种情况，只需要改变磁铁的位置，将磁场方向与导线放在同一个方向即可。
当接通开关时，电流表的指针会偏转，此时要注意观察导线的动向。
然后改变电流和磁场的方向，分别观察直导线的运动。
实验结果
这套实验装置的演示效果非常明显，仅用一节1.5V干电池，就能实现直导
同时，由于实验中串联了电流表，学生可以直接观察电路中流动的电流。
当老师演示磁场与电流方向平行的情况时贝语网校，学生可以直接观察电路
虽然直线导线中流过电流，但是电流是静止的。
消除学生在J2447安培力演示器中遇到的疑惑：也许电路中没有电流，这会导致
直线不能移动。
这套实验设备除了可以清晰地演示实验之外，还有两个优点：第一，在改变磁场方向时，
操作简单，不需要像J2447安培力演示器那样拆卸和重新安装导轨。
稳定性高。由于导轨采用铜条设计，增加了直丝与导轨的接触面积。
确保直丝与导轨有效接触。
2.探究影响安培力大小的因素（磁场方向垂直于载流导线）
实验设备：J1209高中教学电源、数据采集器（含力传感器、磁场强度传感器
传感器）、自制线圈、滑动变阻器、电流表、自制均匀磁场。
将设备归零。
实验装置如图4和图5所示。
图 4 图 5
当磁感应强度B和线圈工作电流I一定时，探究安培力F与线圈长度L的关系。
关系
实验时保持线圈电流I=1.5A，通过在线圈上连接不同的端子来改变电流。
电线圈在磁场中的有效长度。测量的安培力值如表1所示。
表格1
当磁感应强度B和线圈长度L一定时，探究安培力F与线圈工作电流I的关系。
关系
实验时安培力方向判断，接在电路中的线圈长度保持为3l，改变滑动变阻器的阻值。
改变通电线圈的工作电流。测量值如表2所示。
表 2
当线圈工作电流I、线圈长度L一定时，探究安培力F与磁感应强度B之间的关系。
关系
实验时，线圈电流I保持在1.5A，接入电路的线圈长度保持在3l。
双磁铁法改变磁感应强度（如图4、图5所示）。测量值如表3所示。
表3
实验结果
通过以上三组数据，我们可以观察到安培力F的大小与电流强度I、线圈长度有关。
第三组数据，探究安培力F与磁感应强度B的关系。
实验结果表明，安培力随磁感应强度的增大而增大。借助上述设备，老师可以
安培力定律的求解非常简单，而且实验是老师现场做的安培力方向判断，可信度很高。
同时，学生对实验结果有了感性的认识，有助于理解安培力的有关规律。
法律也很有帮助。
4. 设计反思
两套实验设备的演示效果很好，学生可以直观地观察和了解物体的大小和
方向律可以让老师轻松完成新课程标准关于探索安培力的教学要求。
该仪器在演示实验过程中也存在一些不足，例如当需要改变磁感应强度时，操作相对复杂。
如果磁场是由电磁铁提供的，那么改变磁感应强度就方便多了。
参考
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