简易的电流天平的装配

彭友山

(岳阳市七中,湖南 岳阳 414000)

演示磁场对电流的作用力(安培力)是高中物理课上必做的实验,新版高中第2册174页图15-15的演示实验难以做好,且只能进行定性的演示.笔者根据这一情况,经过反复试验设计装配了一个电流天平,现介绍如下.

1 器材准备

①一架学生天平和配套的砝码;②U型磁铁2个,有大型的U型磁铁更好;③用直径约为0.5 mm的铜质漆包线绕制一个矩形线框,长约8 cm,宽约4 cm,要使长是宽的倍数关系,匝数为100匝;如果实验室有左手定则演示器,用那个线框就很好;④一个小开关;⑤一个大型演示电流表;⑥一个100 Ω、3 A的滑动变阻器;⑦1个学生电源或4节干电池;⑧适量长度的导线;⑨少量透明胶布.

图1

2 安装与调整

①把天平左边的载物盘拿下,将两根约50 cm长的导线两头分别剥去胶皮,用透明胶布固定在天平的横梁左端,使其一端用细线吊在天平的左端挂载物盘的钩上,另一端从天平横梁正中间引出连接电路;②把线框吊在左端并连接好两个接线头,调整线框使上下边保持水平;③将 U型磁铁放到线框的下方,调整磁铁的位置使磁场方向与线框平面保持垂直,磁铁如果放不稳,可以用泡沫等物体垫稳;④将电源、开关、滑动变阻器和电流表用导线串联连接,并接入从横梁引出的连线,如图1所示.

3 演示实验

在进行实验前,要把天平的底座调整水平,挂上线框后将横梁调整平衡,如果不能平衡可在右边砝码盘中加入砝码.在调整好以后启动天平,先接通开关试一下,观察指针向哪一边偏转,如果是向左边偏转,说明磁场对电流的作用力是向上的,这时要断开开关,把电源反向;如果是向右边偏转,说明磁场对电流的作用力是向下的,这时就可以在右边砝码盘中加入砝码,直到指针指到中间位置.本实验可以改变的有电流的大小、电流的方向、在磁场中导线的长度,如果用不同的磁铁还可以改变磁场的强弱.可列出表1记录有关的数据.

表1

从记录表中可以看到,电流增大时安培力增大,F安∝I;导线的长度增大时安培力增大,F安∝L;在磁感应强度增大时安培力也增大,F安∝B.即得到安培力的大小与电流强度、导线长度和磁感应强度的关系为F安∝BIL.

4 电流天平的优点

①所需要的元件实验室都有,不要到处找配件,组装也很简单;②可以演示安培力的大小和方向,还可以测量磁感应强度;③做实验很轻松,效果特别明显.