安培力定量演示实验（数字化实验室）

吴 瑶

（贵州省铜仁市铜仁一中 贵州铜仁 554300）

在高中物理安培力的实验教学中，主要涉及两项实验内容，其一为电流大小I与安培力F之间的关系，其二为导线长度l与安培力F之间的关系，两个定性实验的结论过于笼统，无法对安培力有关的因素进行精确的探究，并且与安培力相关的计算公式也无法在安培力实验中探索，学生在接触与F相关的因素中，无法准确获取实验结论，进而导致学生无法通过实验结论获取关于安培力大小的计算公式，如此便失去了安培力实验的目的。[1]

一、定量探究F-I之间的关系

若想探究定量F-I之间的关系，首先即要将磁铁受到的安培力反作用力进行转换，使其能够演化为导线圈，并在受到磁场安培力作用的同时转变为竖直方向力。电子秤通过此过程能够切实将安培力F的大小呈现，最终获取对应数据。实验的主要目的为探究F与I之间的关系，但此类关系除上述手段外无法切实产生变更，应结合实际展开分析。获取I的实验步骤如下：首先选定n，如将n设置为60圈的线圈，将n置于实验流程中，根据改变I的大小确定具体数据。获取两项数据后，可通过表格获取对应数据的分析，随后将具体数据采用控制变量法与描点绘图法体现出来，制作成折线图，较为切实地将二者之间的关系以能够直观观察到的方式表现于实验过程中，最终获取实验成果。学生于实验操作过程中常出现部分问题，如计算错误、数据收集出现问题等，应着重针对此方向问题对学生进行引导，使其能够正确操作。除此以外，表格收集工作中可引导学生使用计算机技术，如EXCEL表格等。[2]

二、定量探究F－I之间的关系

若想通过定量研究总结出安培力F与导线长度l的关系，就必须将导线长度进行量化，针对此方面，教师通过更换线圈匝数的导线圈的方式，对变量l进行调节，如此将有效实现量化的目的。在进行导线圈的选择期间，教师可采用20，40，60，80，120匝共5组导线圈。与此同时，教师应着重关注导线圈的宽度，使其能够统一保持在3cm，通过以上条件，最终的实验有效长度将为0.6.1.2.1.8.2.4m，并且5组的导线圈长度皆存在差异性，在教师完成更换导线圈的环节后，可实现导线长度的改变，在最后的绘制F－l函数图像期间，教师可选定B＝43T，I＝0.8A，θ＝90°，将I的大小进行改变可有效获取到最终的实验结论。

如图所示

三、定量探究F-B函数关系的实验

定量探究F-B函数关系的实验应首先由量化磁感应强度展开，量化磁感应强度的单位为B，定量探究的目的即为更改此变量，使变量作为实验探究目的中的重要单位之一。就实验整体步骤展开分析，此类步骤的出现对于实际过程而言具有较为重要的意义，可保障定量探究目的完成。因此，应切实将平行磁铁作为改变磁场大小的主要手段引导学生展开实验，原理为平行磁铁之间的磁场为匀强磁场，改变磁铁间距离即可有效达到改变磁场大小的目的。

继续进行实验，完成改变距离影响B大小的实验步骤后，应切实根据实际数据绘制函数图像，此过程中应注意学生对于相关知识的掌握程度，绘制过程中是否出现问题。正确的绘制过程结束后，可得出F∝B，若结论不正确应展开检查，保障结论正确。随后继续试验，与上文同样展开n的选定工作，即将n设定为60圈，I=0.23A，实验中改变B的大小得出对应数据并记录。记录过程中应保障数据准确，不要出现误记、漏记现象。

最终，试验结束前应获得三类定量，最后根据定量的大小获得对应数据，即F∝B，F∝1。根据两式得出F∝BIl的结论。至此，试验结束。针对实验数据展开分析可发现各类参数间的关系，如BIl的乘积于误差范围内等于F、BI于垂直前提下安培力大小的计算公式（F=BIl）。关于实验过程中传感器方面的作用，应注意其在实验中起到的实际价值。本次实验中主要应用力传感器、磁场强度传感器。实验中应用传感器的实验为探究影响安培力大小因素实验，实验前，需将传感器调零，以免影响数据准确性。

四、定量探究F-θ之间的关系

若想针对实际情况展开分析，首先需通过旋转匀强磁场的手段展开实验，且需量化对应数据，绘制F-θ的正弦函数关系。实验中应引导学生绘制函数图像，进而选定n。本次实验中的n参数与上述试验不同，将n选定为40圈，I=0.4A，通过改变θ大小得出实验数据。随后根据量化后的实际数据利用EXCEL图表实现记录功能。

实验结束后应针对本次试验展开讨论。针对F-θ之间关系展开分析，教师可向学生提出问题，如为何本次试验误差较大、安培力计算公式是否存在差异等。学生围绕此类问题展开分析与讨论，最终发现问题的答案。教师可于讨论过程中不断引导学生，使学生发现匀强磁场与平行磁铁的差异，最终根据此类差异寻求实际数据，得出结论。实际过程中，匀强磁场与平行磁铁的差异使平行磁铁无法实现同等作用，一旦出现对应状况，将会造成部分问题。使导线圈靠近磁铁，从而导致误差现象的出现。但针对正弦函数而言，其并不会受到影响，因此，实际过程中误差较常出现，但正弦函数与安培力计算公式不受影响。

结语

综上所述，希望能够通过此模式的物理实验，使现代高中生能够通过此实验过程提高自身学习物理知识的兴趣，实现自身物理能力上的提高，使物理实验探究的价值能够得到充分发挥。