安培力的演示实验

全日制普通高级中学教科书物理(必修)第二册关于安培力的演示实验中存在如下问题：只能定性说明磁场中通电导线的长度一定时，电流越大，导线受到安培力越大；通电电流一定时，磁场中通电导线的长度越长，导线受到安培力越大。不能定量分析，不能分析安培力与电流、长度的关系，学生只能得到感性认识。
　　
　　笔者用如下的实验装置演示该实验，具有以下优点：现象明显、稳定、准确。可直接观察、读数，记录数据，得出结论。结构简单，便于操作。
　　
　　1实验器材与装置
　　
　　取两块大小相同的立方体磁铁，磁铁选用铁氧体或铝铁硼磁性材料，长是宽的二倍(10cm×5cm)，N极向上(或向下)；取两条薄铜片P、Q，长约30cm，上下边平行且较光滑，高度比磁铁高度略高0.5cm左右。把两薄铜片用两铁片固定在一块磁铁的两侧，充当导轨，并在一铜片上贴有刻度尺，形成如图1所示的实验装置，在导轨上放置一根轻质圆形导体棒(可选用空心天线)，两薄铜片与电源通过导线构成电路，电源可选用蓄电池或干电池。
　　

　　2实验原理
　　
　　将导体棒垂直放在导轨上，闭合开关，导体棒上通有电流，在磁场力(安培力)作用下运动，从指定起点A开始，导体棒在磁场中运动的距离为S0，在导轨上运动的距离为S。由于桌面水平，则f不变，且保持每次实验的导体棒从同一位置A出发，则S0就不变。由动能定理可得：F安S0-fS=0。由此可得：F安/S=f/S0=定值，即F安∝S。要研究F安与I、L的关系，就只要研究S与I、L的关系。
　　
　　3实验方法
　　
　　(1)在磁场中导体棒长度一定时，研究F安与I的关系
　　
　　①按图1装置，将导体棒垂直放在导轨上的固定标记处，电源选用2V蓄电池或二节干电池，闭合开关，导体棒运动的距离为S1(从刻度尺上读出)。②将导体棒垂直放在导轨上的固定标记处，电源选用4V蓄电池或四节干电池，闭合开关，导体棒运动的距离为S2。③比较S1、S2大小，得S2≈2S1，说明S∝I。④结论：F安∝I。
　　
　　(2)在电流一定时，研究F安与L的关系
　　
　　①将两块磁铁并放在一起，N极与上述方向相同，导体棒垂直放在导轨上的固定标记处，此时电流长度变成原来的两倍。保持电源选用2V蓄电池或二节干电池。闭合开关，导体棒运动距离为S3。②比较S1、S3大小，得S3≈2S1，说明S∝I。结论：F安∝I。
　　
　　(3)安培力的大小
　　
　　由上述结论可得：F安∝I。
　　
　　(4)判断安培力的方向
　　
　　根据以上实验，分析电流方向，磁场方向，安培力方向，从三者方向关系，可总结出左手定则。