巧选材料自制安培力实验教具三则

罗杏姬

1电流问的相互作用(选材重点锡纸条)

两根平行的直导线，通“同向”电流则互相吸引。通“反向”电流则互相排斥，这个内容是多年高考的重要考点如图1所示(或见高中物理选修3-1第74页图3-2-6)。这是一个能同时训练学生使用右手螺旋定则和左手定则的实验。经了解，绝大部分学校对这个实验都是纸上谈兵、无法演示。因为按课本的思路采用两根直导线来做此实验，基本上观察不到导线有明显形变。经过本校老师共同长时间的试验发现，只要把实验中的导线换成轻薄的“锡纸条”后，实验效果就非常明显。制作方法是先把锡纸裁剪成长约40cm、宽约2cm的长条形，如图2所示，把两张这样的锡纸条弄得稍微有点皱(目的是为了受力时能发生明显弯曲，锡纸表面太平整了效果反而不理想)，相距约3cm较为松软地正对着安装在一个木板或有机玻璃的架子上，并在木板或有机玻璃的表面用红笔标出两锡条不受力时的位置。在接线处位置需要把锡纸来回折几层，为的是避免通电时产生火花把锡纸烧穿，电源则用6V的直流电源即可。

操作：若要通同向的电流体现吸引作用时。可先用手将两锡纸条拨开，处于“0”形，只要一通电就可发现两锡纸条由于安培力的吸引作用马上变成“X”形，如图3所示；若要通反向的电流体现排斥作用时。先用手将两锡纸条靠拢在一起，处于“X”形。只要一通电就可发现两锡纸条由于安培力的排斥作用马上变成“0”形，如图4所示；此教具制作简单。操作方便安全，实验现象十分明显。

2安培力演示实验(选材重点锡纸粗吸管)

安培力是高中物理教学重点。课本对安培力的演示实验提供了简明的实验方法(见高中物理选修3-1第74页“图3-2-5”)。若按书本的思路采用普通的导线做此实验。由于导线所受到的安培力相对于导线的重力是微弱的，因此导线是不能发生摆动而无法演示安培力。有不少学校对此实验进行改进，常见方法是把单根导线换成由多匝导线绕成的线圈，这样做的确能明显看到线圈由于受到安培力的作用而摆动了一定角度，但结构变复杂了；另一种做法就是从教学仪器供应处购得的演示装置，见图5，但此装置与课本上的原理图有较大差异，结果造成任课老师在演示实验之前必须花较多的时间在装置的解释上，对教学造成障碍，也增加学生的学习困难。

为了能让学生更加直观地认识安培力、建立概念，一个简便可行的制作方法是：用平时喝珍珠奶茶的吸管两根，把尖的一端剪平并对接起来，然后用锡纸包住吸管，这样就形成一根较粗但质量很轻的“直导线”了；再用四条材质尽量轻软的多股金属导线把此“直导线”悬挂起来，并在悬挂点制成四个接线柱，如图6所示，电源同样用6V的直流电。磁场则选用多块U形磁铁。

操作：根据安培力公式F=BIL，可通过选用型号大小不同的U形磁铁来改变磁感应强度B的大小；通过调节直流电源的电压大小来改变导线的电流I的大小；通过选接不同的接线柱来改变导线长度L；由于“直导线”的质量很轻，实验过程受力摆动的角度很大。能够对安培力进行充分演示说明，实验效果非常明显，效果如图7、图8所示。

3电磁炮原理演示实验(选材重点宽磁极磁铁铜质金属杆)

在本章第三节“探究安培力”中的“实践与拓展”部分有电磁炮的原理插图和简介(见高中物理选修3-1第81页图3-3-7和图3-3-8)，这个实验能让学生亲身体验电磁炮的制作原理，充分体现新课程标准的探究过程，因此我们尝试了多种方法，也成功做出了电磁炮实验的课堂演示教具。制作方法是选用了三组宽磁极的磁铁正对着组合在一起，形成匀强磁场，如图9、图10所示，就是把图1中的安培力演示仪上的磁铁拆下来，分别固定在一个木条上，然后正对着安装在一起，目的是形成一个面积较大的匀强磁场；另外导线用一根打磨光滑的铜质的直金属杆，把其放在两根平行的金属导轨上，与6V的直流电源组成回路，见图11、图12、图13；铜质金属杆质量较重，能保证金属杆在运动时与导轨能良好接触，若金属杆质量较轻则在受安培力时容易脱离导轨而令回路断路，实验无法进行。

操作：金属杆通电后能看出其在匀强磁场中的受力方向和运动情况，且能明显看出金属杆的速度增大过程，最后在平行的金属导轨的末端平抛出去，模拟电磁炮的发射。以此既可以让学生练习左手定则的使用也可以用于说明电磁炮的工作原理，能极大的激发学生对物理的学习兴趣，实验效果很好。在实验过程中，要注意的是，由于导轨和金属杆所组成的回路电阻非常小，相当于把电源短路了，回路电流很大，因此实验结束后要尽快断开电路，否则会损坏电源和烧毁电路导线；另一个要注意的是金属杆在金属导轨上滑动过程中会产生轻微的火花，因此每进行一次实验均会导致金属杆和导轨表面发生明显氧化。因此每次演示结束后要用砂纸对导轨和金属杆进行打磨。才能保证下一次实验的顺利进行。