实验介绍
教材中“通电导体在磁场中的受力情况”的实验是一个定性实验,学生只能粗略得出结论。为使实验效果更明显,本实验对其进行了改进,展开了定量分析。利用控制变量法直观准确地提炼出影响安培力大小的因素。
材料库
学生电源(0~16 V)、滑动变阻器(20 Ω,2 A)、电流表、电子天平、U形铁槽、强磁铁、铜棒、导线若干。
一起来动手
①将强磁铁的N极和S极相对,吸附在U形铁槽两侧,并将它们置于电子天平上。串联电路,将电子天平“置零”,将铜棒垂直于磁场方向放置。
②打开电源,给铜棒通电,铜棒受到安培力,电子天平显示出对应的质量,计算出安培力大小。
③探究安培力大小与电流大小的关系:将铜棒垂直于磁场方向放置,保持磁场强度与铜棒长度一定,接通电源,调节滑动变阻器,改变电流大小,记录相关数据,描绘安培力大小与电流大小关系图。
实验结论:当磁场与导体方向垂直,磁场强度与导体长度一定时,导体所受安培力大小与电流大小成正比。
④探究安培力方向与电流方向的关系:改变电流方向,“置零”后接通电源,记录电子天平的示数,多次实验后,根据实验数据,绘制图像。
实验结论:安培力方向与电流方向有关。当电流方向改变后,安培力大小不变,方向发生变化。(www.xing528.com)
探索新发现
1.为了显示安培力大小,我们选用电子天平。利用通电导体周围的磁场与强磁铁产生的磁场相互作用,根据力的作用是相互的,将力传递给电子天平,使电子天平的示数发生变化,使定性实验转化为定量实验。
2.为了增大安培力,我们将强磁铁吸附在U形铁槽两侧,增大磁场强度。
3.在本实验的基础上,引导学生主动设计探究实验,充分发挥学生的主体性,提高学生的分析、推理和推导能力,提高学生综合运用知识的能力。
4.本装置亦可在其他电学实验(如测量通电螺线管磁性大小)或力学实验中应用。
动脑想一想
1.该实验利用电子天平测量并计算安培力大小的原理是什么?
2.如何利用这套装置定量探究安培力大小与磁场强度及方向的关系?
3.能否利用该装置进行其他实验?
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