安培力實驗報告

北京科技大學(xué)實驗報告安培力實驗?zāi)康膶W(xué)會設(shè)計簡單的實驗方案，利用自組儀器合理搭建實驗設(shè)備；學(xué)會用歸納法研究磁場中載流導(dǎo)線的受力規(guī)律。實驗原理將一段通電導(dǎo)線置于以均勻磁場中，導(dǎo)線受到的安培力與磁場的方向和強弱、載流方向和強度大小、導(dǎo)體形狀和尺寸相關(guān)。實驗儀器天平LGN310、矩形磁極一對、電磁線圈兩個、U形鐵芯一個、4個尺寸不同的導(dǎo)體、直流電源、電流表、輕質(zhì)金屬導(dǎo)線、開關(guān)、導(dǎo)線等。實驗內(nèi)容及步驟（1） 利用電流秤測量磁場中載流導(dǎo)體的受力。（2） 利用U形鐵芯的兩個電磁磁極產(chǎn)生較強的勻強磁場。（3） 調(diào)節(jié)砝碼使天平達到平衡。（4） 改變勵磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸測量線圈所受安培力大小。以研究安培力與磁場、載流、導(dǎo)線尺寸的關(guān)系。數(shù)據(jù)測量結(jié)果：數(shù)據(jù)1（A）l=12.5mmn=1勵磁電流3A 線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.031.35-0.88-3.031.34-0.89-2.531.50-0.73-2.531.46-0.77-2.031.65-0.58-2.031.61-0.62-1.531.81-0.42-1.531.75-0.48-1.031.95-0.28-1.031.87-0.36-0.532.12-0.11-0.532.04-0.190.032.2300.032.2300.532.350.120.532.330.101.032.520.291.032.470.241.532.650.421.532.630.402.032.810.582.032.750.522.532.930.702.532.910.683.033.170.943.033.040.81數(shù)據(jù)2⑻l=25mmn=1勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.029.83-1.71-3.029.87-1.67-2.530.01-1.53-2.530.2-1.34-2.030.46-1.08-2.030.45-1.09-1.530.74-0.80-1.530.79-0.75-1.031.02-0.52-1.030.97-0.57-0.531.32-0.22-0.531.24-0.3

0.031.5400.031.5400.531.850.310.531.850.311.032.140.601.032.150.611.532.430.891.532.410.872.032.711.172.032.611.072.532.951.412.532.941.403.033.221.683.033.211.67數(shù)據(jù)3（C）l=50mmn=1勵磁電流3A 線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.033.43-3.26-3.033.43-3.26-2.533.97-2.72-2.533.94-2.75-2.034.48-2.21-2.034.45-2.24-1.535.03-1.66-1.535-1.69-1.035.54-1.15-1.035.49-1.20-0.536.07-0.62-0.536.09-0.600.036.6900.036.6900.537.130.440.537.160.471.037.680.991.037.640.951.538.161.471.538.161.472.038.732.042.038.712.022.539.32.612.539.222.533.039.783.093.039.733.04數(shù)據(jù)4(D)l=50mmn=2勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.032.53-6.22-3.032.61-6.14-2.533.55-5.2-2.533.55-5.20-2.034.67-4.08-2.034.56-4.19-1.535.64-3.11-1.535.63-3.12-1.036.67-2.08-1.036.64-2.11-0.537.75-1.00-0.537.59-1.160.038.7500.038.7500.539.841.090.540.001.251.040.922.171.040.972.221.541.953.201.541.983.232.042.984.232.043.024.272.544.035.282.544.015.263.045.056.303.045.016.26數(shù)據(jù)分析：此次實驗是為了研究載流導(dǎo)體在磁場中的受力規(guī)律的。實驗中主要研究安培力大小與勵磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)中的“-”號表示反向測量時的電流。并且，實驗中以安培力向下方向為正。需要說明的是，實驗中，我們考慮到磁場太小時即使線圈電流很大也不能使得天平有很大偏轉(zhuǎn)。所以我們先在勵磁電流為3A的情況下測出不同線圈電流所受的安培力的大??；然后再在線圈電流為3A的情況下測出不同勵磁電流（及磁場強度）情況下的安培力大小。這里其實也使用到了控制變量法的基本原理。A條件下安培力隨線圈電流的變化趨勢 B條件下安培力隨線圈電流的變化趨勢C條件下安培力隨線圈電流的變化趨勢 D條件下安培力隨線圈電流的變化趨勢從四張圖中可以清楚看到，當(dāng)磁場、線圈尺寸、線圈匝數(shù)不變時，安培力和線圈電流成正比例關(guān)系，即：Fxl。為了方便分析，可以把數(shù)據(jù)都放到一個圖中(如下)：我們先分析一下A,B,C三組。這三組數(shù)據(jù)的共同點是線圈匝數(shù)相同，所以說，在磁場中線圈長度越長，安培力隨電流的變化速率越快。那么兩者的定量關(guān)系又如何呢？我們可以看到，線圈長度關(guān)系為：L(C)=2L(B)=4L(A)。而三者對應(yīng)的安培力是什么關(guān)系呢？我們可以從下圖中看出，變化率也是兩倍關(guān)系。即：F*LA和BA和B組電流相對變化爲(wèi)電組BC,D兩組相比，我們知道：線圈匝數(shù)越多，變化率越大。由公式可知，D的變化率是C的變化率的兩倍。為了更清楚看出此關(guān)系，我們可以畫出兩者的變化關(guān)系（如下）。y=1.9718x+0.1933C和D電流的相對變化5孤電組Dy=1.9718x+0.1933C和D電流的相對變化5孤電組D-42C組電流/A這樣，我們就能看出兩者的變化率幾乎是兩倍的關(guān)系。因而，可以推斷安培力F*n（匝數(shù)）。綜上所述，安培力正比于線圈匝數(shù)，線圈中的電流和線圈在磁場中的長度，也就是說FxnIL。下面我們來討論一下線圈電流不變的情況下上述結(jié)論是否成立，同時研究一下安培力與磁感應(yīng)強度的關(guān)系根據(jù)數(shù)據(jù)A~D，可以畫出如下的圖形：顯然，安培力隨著勵磁電流增大，一直上升。且兩者成正比例關(guān)系。也就是說:FxB,下面我們來討論一下線圈電流不變的情況下上述結(jié)論是否成立，同時研究一下安培力與磁感應(yīng)強度的關(guān)系根據(jù)數(shù)據(jù)A~D，可以畫出如下的圖形：顯然，安培力隨著勵磁電流增大，一直上升。且兩者成正比例關(guān)系。也就是說:FxB,而四種情況的綜合如下圖所示：線圈中電流相同時四種情況下安培力隨磁場的變換關(guān)系-線圈中電流相同時四種情況下安培力隨磁場的變換關(guān)系-?-A-*-B-^-c—^D我們可以用同樣的方法得出安培力FocnL，與上面的Fxl和Fxl結(jié)合起來我們就得到：F^nBIL。至此，我們就推出安培力隨所有影響因素的變化關(guān)系了。實驗總結(jié)此實驗的構(gòu)成十分簡單，就是使用控制變量法來解決影響安培力的幾個因素。實驗中，我們一共測量兩組數(shù)據(jù)，即：控制勵磁電流不變和控制樣品電流不變，分別測