巧選材料自制安培力實驗教具三則

羅杏姬

1電流問的相互作用(選材重點錫紙條)

兩根平行的直導線，通“同向”電流則互相吸引。通“反向”電流則互相排斥，這個內(nèi)容是多年高考的重要考點如圖1所示(或見高中物理選修3-1第74頁圖3-2-6)。這是一個能同時訓練學生使用右手螺旋定則和左手定則的實驗。經(jīng)了解，絕大部分學校對這個實驗都是紙上談兵、無法演示。因為按課本的思路采用兩根直導線來做此實驗，基本上觀察不到導線有明顯形變。經(jīng)過本校老師共同長時間的試驗發(fā)現(xiàn)，只要把實驗中的導線換成輕薄的“錫紙條”后，實驗效果就非常明顯。制作方法是先把錫紙裁剪成長約40cm、寬約2cm的長條形，如圖2所示，把兩張這樣的錫紙條弄得稍微有點皺(目的是為了受力時能發(fā)生明顯彎曲，錫紙表面太平整了效果反而不理想)，相距約3cm較為松軟地正對著安裝在一個木板或有機玻璃的架子上，并在木板或有機玻璃的表面用紅筆標出兩錫條不受力時的位置。在接線處位置需要把錫紙來回折幾層，為的是避免通電時產(chǎn)生火花把錫紙燒穿，電源則用6V的直流電源即可。

操作：若要通同向的電流體現(xiàn)吸引作用時?？上扔檬謱慑a紙條撥開，處于“0”形，只要一通電就可發(fā)現(xiàn)兩錫紙條由于安培力的吸引作用馬上變成“X”形，如圖3所示；若要通反向的電流體現(xiàn)排斥作用時。先用手將兩錫紙條靠攏在一起，處于“X”形。只要一通電就可發(fā)現(xiàn)兩錫紙條由于安培力的排斥作用馬上變成“0”形，如圖4所示；此教具制作簡單。操作方便安全，實驗現(xiàn)象十分明顯。

2安培力演示實驗(選材重點錫紙粗吸管)

安培力是高中物理教學重點。課本對安培力的演示實驗提供了簡明的實驗方法(見高中物理選修3-1第74頁“圖3-2-5”)。若按書本的思路采用普通的導線做此實驗。由于導線所受到的安培力相對于導線的重力是微弱的，因此導線是不能發(fā)生擺動而無法演示安培力。有不少學校對此實驗進行改進，常見方法是把單根導線換成由多匝導線繞成的線圈，這樣做的確能明顯看到線圈由于受到安培力的作用而擺動了一定角度，但結(jié)構變復雜了；另一種做法就是從教學儀器供應處購得的演示裝置，見圖5，但此裝置與課本上的原理圖有較大差異，結(jié)果造成任課老師在演示實驗之前必須花較多的時間在裝置的解釋上，對教學造成障礙，也增加學生的學習困難。

為了能讓學生更加直觀地認識安培力、建立概念，一個簡便可行的制作方法是：用平時喝珍珠奶茶的吸管兩根，把尖的一端剪平并對接起來，然后用錫紙包住吸管，這樣就形成一根較粗但質(zhì)量很輕的“直導線”了；再用四條材質(zhì)盡量輕軟的多股金屬導線把此“直導線”懸掛起來，并在懸掛點制成四個接線柱，如圖6所示，電源同樣用6V的直流電。磁場則選用多塊U形磁鐵。

操作：根據(jù)安培力公式F=BIL，可通過選用型號大小不同的U形磁鐵來改變磁感應強度B的大?。煌ㄟ^調(diào)節(jié)直流電源的電壓大小來改變導線的電流I的大??；通過選接不同的接線柱來改變導線長度L；由于“直導線”的質(zhì)量很輕，實驗過程受力擺動的角度很大。能夠?qū)Π才嗔M行充分演示說明，實驗效果非常明顯，效果如圖7、圖8所示。

3電磁炮原理演示實驗(選材重點寬磁極磁鐵銅質(zhì)金屬桿)

在本章第三節(jié)“探究安培力”中的“實踐與拓展”部分有電磁炮的原理插圖和簡介(見高中物理選修3-1第81頁圖3-3-7和圖3-3-8)，這個實驗能讓學生親身體驗電磁炮的制作原理，充分體現(xiàn)新課程標準的探究過程，因此我們嘗試了多種方法，也成功做出了電磁炮實驗的課堂演示教具。制作方法是選用了三組寬磁極的磁鐵正對著組合在一起，形成勻強磁場，如圖9、圖10所示，就是把圖1中的安培力演示儀上的磁鐵拆下來，分別固定在一個木條上，然后正對著安裝在一起，目的是形成一個面積較大的勻強磁場；另外導線用一根打磨光滑的銅質(zhì)的直金屬桿，把其放在兩根平行的金屬導軌上，與6V的直流電源組成回路，見圖11、圖12、圖13；銅質(zhì)金屬桿質(zhì)量較重，能保證金屬桿在運動時與導軌能良好接觸，若金屬桿質(zhì)量較輕則在受安培力時容易脫離導軌而令回路斷路，實驗無法進行。

操作：金屬桿通電后能看出其在勻強磁場中的受力方向和運動情況，且能明顯看出金屬桿的速度增大過程，最后在平行的金屬導軌的末端平拋出去，模擬電磁炮的發(fā)射。以此既可以讓學生練習左手定則的使用也可以用于說明電磁炮的工作原理，能極大的激發(fā)學生對物理的學習興趣，實驗效果很好。在實驗過程中，要注意的是，由于導軌和金屬桿所組成的回路電阻非常小，相當于把電源短路了，回路電流很大，因此實驗結(jié)束后要盡快斷開電路，否則會損壞電源和燒毀電路導線；另一個要注意的是金屬桿在金屬導軌上滑動過程中會產(chǎn)生輕微的火花，因此每進行一次實驗均會導致金屬桿和導軌表面發(fā)生明顯氧化。因此每次演示結(jié)束后要用砂紙對導軌和金屬桿進行打磨。才能保證下一次實驗的順利進行。