探究磁感应强度和通电导线长度与电流定量关系的实验设计

王呈平

一、设计的思想

磁感应强度是中学物理电磁学中的一个很重要的概念。对磁感应强度与通电导线和电流的定量关系，普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1（人教版）既没有安排学生实验，也没有列入课题研究，而只是通过一个演示实验观察通电导线在磁场中受力的定性关系，最后说用“分析了很多实验后”总结得出了公式：B=F/IL。公式中B—磁感应强度、F—导线受到的安培力、I—导线中的电流、L—通电直导线在磁场中的长度。

高中物理中通过学生自主探究得出物理规律的教学显得尤为重要，此实验设计遵循新课改的教学理念与要求，设计了学生通过实验研究得出磁感应强度与通电导线和电流大小的定量关系。

我们知道，电场最基本的性质是对放入其中的电荷产生力的作用，为了研究电场的强弱，我们可以引入一个试探电荷，研究此试探电荷在电场中某点所受静电力的大小，采用控制变量法，改变试探电荷的电量和其在电场中的位置，从而得出了电场强度是取决于电场本身性质的物理量，并给出了电场强度定义。

本实验的设计思想类比于电场强度的定义方法。前面的学习使我们已知，磁场的最基本性质是对放入其中的磁体和电流有力的作用。所以我们可以通过研究磁体在磁场中所受的力来研究磁场的强弱。但是，磁体都有两个磁极，单独的N极不能存在，任何磁体在磁场中静止时所受合力都为零，因此不能通过测磁极在磁场中所受的力来研究磁场强弱。磁场除了对磁体有力的作用以外，对通电导线也有力的作用，我们可以通过测出磁场对电流的作用来研究磁场的强弱。

为此，我们先引入试探电流元的概念：很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元（类似于研究电场时的试探电荷）。

二、实验设计

1.实验目的

以学生原有的认知为基础，引导学生主动发现问题，解决问题，从而在科学的探究活动中构建科学新概念。通过测定通电导线在磁场中所受力的大小和电流强度与位于磁场中导线长度的关系来研究磁感应强度和二者的定量关系。

2.实验原理和方法

实验中明确“垂直放入磁场中的通电导线会受到磁场力的作用”。在磁场中垂直磁场方向放入一段直导线，通过开关控制电流的通断，用里传感器测出通电时导线所受力的大小；通过控制变量的方法来研究导线中电流大小和位于磁场中导线长度与磁场强弱的关系。

3.实验器材

两组磁性不同的磁铁（每组至少三对异名磁极），相同轻质直导线若干条，铁架台，直流电源，开关，灵敏电流计，滑动变阻器，绝缘细线若干，连接导线若干。

4.实验装置

由此我们可以得出：通电导线在磁场中所受安培力的大小与电流成正比，与位于磁场中的导体长度成正比。

最后经过数据分析处理，得出实验结论，从而探究得出磁感应强度与通电导线长度和电流的定量关系。