磁感应强度实验装置的改进

2014-09-12阮长久

物理实验 2014年9期

阮长久, 苏静

(金华第一中学，浙江金华 321015)

1 教材中的演示方法

人教版普通高中课程标准实验教科书选修3-1第三章第2节“磁感应强度”中安排了演示实验：如图1所示，3块相同的蹄形磁铁并列放在桌上，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将1根直导线水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁感应强度的方向(由下向上)垂直. 有电流通过时导线将摆动，通过摆动角度的大小可以比较导线受力的大小. 分别接通“2,3”和“1,4”，可以改变导线通电部分的长度. 电流由外部电路控制. 先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度. 观察这2个因素对导线受力的影响.

图1 教材中的演示装置

2 设计思想

把通电的导线框放入用2块钕铁硼超强长方形磁铁相互靠近形成的磁场中，矩形线框平衡在竖直位置不动时，通电导线在竖直方向上受到的安培力等于力传感器拉力的变化，通电导线的电流由电流传感器来测量，导线的单匝有效长度用磁铁的宽度来表示. 在导线匝数不变的情况下，改变电流的大小形成同一实验装置多组数据的对比，把这些数据导入表格中，再利用电脑F-I图像中拟合，直接可以判断安培力和电流之间的关系. 在电流大小一定的情况下，改变导线的匝数，把这些数据导入另一个表格中，再利用电脑F-L图像中拟合直线，直接可以判断安培力和导线匝数之间的关系，总结出磁感应强度和电流大小、导线长度无关.

3 制作材料

10 cm×13 cm钕铁硼超强方形磁铁2块，长度为25 cm、宽为3 cm、高为10 cm带有凹槽的长木板1块，直径为0.3 mm的漆包线6根(长度分别为3.5，7，10.5，14，17.5，21 m)，钢锯1把，朗威电流传感器和力传感器各1套，胶水1瓶，自制架1个，滑动变阻器1个，铁架台2个，电脑1台，学生电源和导线若干.

4 装置制作

用钢锯把木架做好，再把钕铁硼超强方形磁铁放入木架中，该装置用以固定钕铁硼超强方形磁铁，以防止实验过程中2块钕铁硼超强方形磁铁吸在一起难以分开. 把导线绕制在长木板的凹槽内，并分别用记号50，100，150，200，250，300标示，这样导线的匝数就很清楚了. 把带有导线的凹槽固定在朗威力传感器上，再把朗威力传感器固定在2个铁架台的中间. 连好电路，分别接入朗威电流传感器和力传感器，并与电脑相连，实验电路图如图2所示，实验装置如图3所示.

图2 实验电路图

图3 实验装置图

5 实验方法

首先按电路图连接好电路，开关断开. 将力传感器和矩形线框调至竖直状态，使矩形线框处于2块钕铁硼超强方形磁铁的中间位置，与磁铁的底座有一定的距离，对力传感器和电流传感器的示数进行调零.

保持导线的有效长度不变(即不改变导线的匝数)，闭合开关，调节学生电源和滑动变阻器，待示数稳定后，点击“点击记录”，记录多组电流与对应力F值，用图象法对实验数据进行处理，绘出F-I图象并保存图象，数据和图象如表1和图4所示.

表1 实验数据1

图4 F-I图象

分别接入匝数不同的接头(相当于改变通电导线的有效长度)，改变滑动变组器接入电路中的电阻，使电流I保持在0.09 A，待示数稳定后点击记录电流和安培力F的值，并另加一个变量(导线的匝数对应的抽头)依次表示为50,100,150,200,250，用图象法对数据进行处理，绘出F-L图象并保存图象，数据和图象如表2和图5所示.