[发明专利]一种定量测量安培力的高中物理实验设备及测量方法

说明书

一种定量测量安培力的高中物理实验设备，该设备包括Dislab计算机传感器系统、磁场控制系统、线圈及电路板系统。上述Dislab计算机传感器系统与线圈及电路板系统通过数据线相连,线圈及电路板系统固定在磁场控制系统上面。所述Dislab计算机传感器系统与计算机相连，做数据采集和数据显示，线圈及电路板系统固定于亥姆赫兹线圈上方，悬挂线圈的轻绳长度可自由调节，能够使线圈底边刚好位于磁场中心位置。所述的线圈与面板电路之间要用软导线相连，以便减小实验误差。该实验设备具有操作简单省时、定量效果直观明显、实验误差小的优点，适用于高中物理教师作为课堂演示实验使用。

技术领域：

本发明涉及一种用来定量验证安培力的大小与磁感应强度、通电导线长度和电流强度大小成正比(F＝BIL)的高中物理实验设备，属于教学仪器应用技术领域。

背景技术：

在现行使用的高中物理教材选修3-2中，安培力一直是高考的重要知识点，但是在验证安培力的计算公式F＝BIL时，只是采用传统的实验方法来定性分析力的大小与磁感应强度B、导线长度L和电流强度I有关，并没有应用数据定量验证它们之间的正比例关系，教材中直接给出它们成正比例的结论，这样在教学过程中容易让学生对这个公式产生疑问。因此，设计一套能够定量说明F＝BIL的实验设备并应用于高中课堂教学中尤为必要。

发明内容：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足而设计一种能够定量验证安培力(F)与磁感应强度(B)、导线长度(L)及电流强度(I)成正比的定量测量安培力的高中物理实验设备。该设备在设计上主要由Dislab计算机传感器系统、磁场控制系统、线圈及电路板系统构成。

进一步地，由装有Dislab软件的计算机、数据采集器、磁感应强度传感器及数据线构成的Dislab计算机传感器系统，通过数据线实现与线圈及电路板系统和磁场控制系统相连。

进一步地，线圈及电路板系统包括压力传感器、轻绳、旋钮式电位器、软导线、线圈、直流电源及数字电流表。以上部件固定在一张PVC板上，在板的后面用导线连接成电路，在板的上部固定压力传感器，线圈的两端分别与软导线相连后接入电路。所述线圈要制作出底边长度分别为L、2L、3L、4L不同规格且匝数相同的线圈并留有接线端。

进一步地，磁场控制系统包括亥姆赫兹线圈和亥姆赫兹线圈控制电源，可以实现通过调节亥姆赫兹线圈控制电源来改变磁感应强度。其中线圈与电路板系统固定在亥姆赫兹线圈上面。

所述Dislab计算机传感器系统与计算机相连，做数据采集和数据显示，线圈及电路板系统固定于亥姆赫兹线圈上方，悬挂线圈的轻绳长度可自由调节，能够使线圈底边刚好位于磁场中心位置；所述的线圈与面板电路之间要用软导线相连，以便减小实验误差。

本发明的测量方法：

(1)打开Dislab控制系统，将力传感器和磁感应强度传感器正确接入数据采集器；

(2)选择合适底边长度的线圈将其接入图中软导线两端，复位力传感器，使其示数显示为0牛；

(3)打开亥姆赫兹线圈控制电源，并调节电流，观察磁感应强度传感器的示数变化，选择一个合适磁感应强度值B进行后续实验；

(4)接通电路板面板上的开关，调节旋钮式电位器，记录数字显示电流表上的电流值I和Dislab计算机传感器系统上显示的力传感器的示数F，定量分析F和I之间的数值关系；

(5)保持B值不变，更换底边长度分别为L、2L、3L、4L的线圈重复实验(每次更换线圈需要对力传感器进行重新复位)，调节电位器使电流值I保持不变，记录力传感器F的数值变化，定量分析F和L之间的数值关系；

(6)保持线圈L一定，电流表示数I一定，调节亥姆赫兹线圈中的电流，记录力传感器F的变化和磁感应强度B的变化，定性分析F和B之间的数值关系。