[实用新型]一种定量探究安培力的实验装置

说明书

本实用新型公开了一种定量探究安培力的实验装置，包括电源、连接导线、开关、滑动变阻器、电流传感器、磁场导线、磁铁、力传感器、数据传输线和处理终端；所述电源、开关、滑动变阻器、电流传感器、磁场导线通过连接导线串联连接；所述磁铁位于磁场导线上侧，悬挂于力传感器的下端；所述电流传感器和力传感器通过数据传输线与处理终端连通。采用本实用新型的一种定量探究安培力的实验装置，能定量探究安培力，且能使实验测量更精确、减小实验误差、更具有可操作性；使数据处理过程更简单快捷，最终能更好更直观地体现实验结论的正比关系。

技术领域

本实用新型涉及一种定量探究安培力的实验装置，属于教学实验装置技术领域。

背景技术

目前，物理教材上给出的研究安培力的实验设计有两种，一种设计是将相同的蹄形磁铁并列放置，可认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，通电时观察导线摆动的一个角度，通过角度定性比较安培力的大小，分别接通导线中的不同部分来改变导线的长度，电流由外部控制，先保持导线通电部分长度不变，改变电流大小，然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度，观察这两个因素对安培力的影响。实验结论为通电导体长度一定时，电流越大，导线所受安培力就越大，电流一定时，通电导线越长，安培力也越大。这种设计存在以下问题和缺点：设计中用到了蹄形磁铁，但实验室提供的蹄形磁铁磁场较弱，导线受到的安培力较小，实验效果不明显；该实验设计局限是只能定性研究，没法对安培力进行定量探究。

第二种设计是给线框通以电流，将线框下端置于蹄形磁铁间，使线框下端与磁场方向垂直，改变电流大小，测量不同的电流值和对应的线框受到的安培力大小，测安培力大小的方式为将线框挂于弹簧测力计下端，读出未通电时弹簧测力计的示数和通电后弹簧测力计的示数，读数相减得出安培力大小。通过建立数据表格分析归纳得出安培力大小和电流的定量关系。紧挨着蹄形磁铁再并排放上一个相同的梯形磁铁，达到将磁场中的导线长度变为两倍的目的，重复以上过程，得出安培力大小和导线长度的定量关系。第二种设计存在以下问题和缺点：设计中导线在普通磁场中通以普通电流时所受安培力非常小，弹簧测力计无法达到这样的精度要求，读数测量结果误差大，有补充方案提到增加线框中导线的匝数，但线框重力也增大，若要得到大小合适的安培力，则线框的重力也会增大很多，超出弹簧测力计的量程，所以这种设计不能精确测量安培力；通电后线框受力并不是严格在竖直方向上，实际效果线框会偏离竖直方向，与竖直方向呈现明显偏角，甚至会被吸到磁极上，导致实验不具有很好的可操作性；紧挨着蹄形磁铁再并排放上一个相同的蹄形磁铁，线框下端置于其间，则认为在磁场不变的前提下，磁场中的导线长度变为两倍，但实际两蹄形磁铁的磁性不完全相同，即导线受到的总的安培力不是之前的两倍，同时不同磁铁间的线框甚至会因受力不均而倾斜及转动，导致明显的实验误差，最终不能很好地体现安培力大小与导线长度的正比关系；实验数据处理是通过建立数据表格分析归纳得出安培力大小和电流大小的定量关系，实验结论的体现不够直观。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种定量探究安培力的实验装置，本实用新型具有可操作性的定量探究安培力。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种定量探究安培力的实验装置，包括电源、连接导线、开关、滑动变阻器、电流传感器、磁场导线、磁铁、力传感器、数据传输线和处理终端；所述电源、开关、滑动变阻器、电流传感器、磁场导线通过连接导线串联连接；所述磁铁位于磁场导线上侧，悬挂于力传感器的下端；所述电流传感器和力传感器通过数据传输线与处理终端连通。

作为优选，所述电源为直流稳压电源。

作为优选，所述电源为可调电压的学生电源。

作为优选，所述磁场导线为铜线圈。

作为优选，所述铜线圈为水平竖直放置。

作为优选，所述铜线圈可更换，根据实验目的可更换为不同线圈匝数的铜线圈。