内容摘要:把通电直导线在磁场中受力情况用实验定量的研究。由动能定理可得:F安S0-fS=0。由此可得:F安/S=f/S0=定值,即F安∝S。要研究F安与I、L的关系,就只要研究S与I、L的关系。演示该实验优点颇多。
关键词:安培力,导体,位移,导轨,通电直导线,磁场。
初中的时候讲解了通电直导线在磁场中会受到力的作用,高中对这一块内容做了定量的公式推导。全日制普通高级中学教科书物理必修二关于安培力的演示实验中存在如下问题:只能定性说明磁场中通电导线的长度一定时,电流越大,导线受到安培力越大;通电电流一定时,磁场中通电导线的长度越长,导线受到安培力越大。不能定量分析,不能分析安培力与电流、长度的关系,学生只能得到感性认识。且实验现象不是很明显。
用如下的实验装置演示该实验,具有以下优点:现象明显、稳定、准确。可直接观察、读数,记录数据,得出结论。结构简单,便于操作。可以选用绿箭口香糖内包装卷成筒状形成导体质量小,受力易滚动,取材容易。
一、实验器材与装置
取两块大小相同的立方体磁铁;取两条薄铜片P、Q,长约30cm,上下边平行且较光滑,高度比磁铁高度略高0.5cm左右。把两薄铜片用两铁片固定在一块磁铁的两侧,充当导轨,并在一铜片上贴有刻度尺,形成如图1所示的实验装置,在导轨上放置一根轻质圆形导体筒可以选用绿箭口香糖内包装卷成筒状,两薄铜片与电源通过导线构成电路,电源可选用蓄电池或干电池。
二、实验原理
将导体棒垂直放在导轨上,闭合开关,导体筒上通有电流,在磁场力安培力作用下运动,从指定起点A开始,导体棒在磁场中运动的距离为S0,在导轨上运动的距离为S。由于桌面水平,则f不变,且保持每次实验的导体棒从同一位置A出发,则S0就不变。由动能定理可得:F安S0-fS=0。由此可得:F安/S=f/S0=定值,即F安∝S。要研究F安与I、L的关系,就只要研究S与I、L的关系。
三、实验方法
1在磁场中导体棒长度一定时,研究F安与I的关系
①按图1装置,将导体棒垂直放在导轨上的固定标记处,电源选用2V蓄电池或二节干电池,闭合开关,导体棒运动的距离为S1从刻度尺上读出。②将导体棒垂直放在导轨上的固定标记处,电源选用4V蓄电池或四节干电池,闭合开关,导体棒运动的距离为S2。③比较S1、S2大小,得S2≈2S1,说明S∝I。④结论:F安∝I。
2在电流一定时,研究F安与L的关系
①将两块磁铁并放在一起,N极与上述方向相同,导体棒垂直放在导轨上的固定标记处,此时电流长度变成原来的两倍。保持电源选用2V蓄电池或二节干电池。闭合开关,导体棒运动距离为S3。②比较S1、S3大小,得S3≈2S1,说明S∝I。结论:F安∝I。
3安培力的大小
由上述结论可得:F安∝I。
4判断安培力的方向
根据以上实验,分析电流方向,磁场方向,安培力方向,从三者方向关系,可总结出左手定则。
参考资料:
网络,九年级物理课本,高中物理必修二
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