DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的比較磁感應(yīng)強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)

5磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)5.1磁感應(yīng)強(qiáng)度的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)儀器：3個(gè)蹄形磁鐵、導(dǎo)體棒、電源若干、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表。實(shí)驗(yàn)原理：將導(dǎo)體棒擺動(dòng)角度大小看做磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力，電流表的示數(shù)就是通電導(dǎo)體棒中電流的大小，在磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度即為蹄形磁鐵寬的整數(shù)倍。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生知道磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力大小與導(dǎo)體棒中的電流大小以及導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度都有關(guān)系，然后經(jīng)過(guò)推理得知：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成正比，跟導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流、導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將3塊相同的磁鐵并列放在水平桌面上，3塊磁鐵的前后端對(duì)齊一直且中間間縫相等。用導(dǎo)線將電源﹑電源﹑開(kāi)關(guān)﹑滑動(dòng)變阻器﹑導(dǎo)體棒連接成電路，導(dǎo)線接在導(dǎo)體棒“1﹑4位置”上，此時(shí)，開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)并將導(dǎo)體棒懸掛在3塊磁鐵兩級(jí)之間，如圖5-25所示。圖5-25實(shí)驗(yàn)裝置圖圖5-25實(shí)驗(yàn)裝置圖（2)閉合開(kāi)關(guān)，觀察導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)狀況；（3)換一個(gè)電壓大的電源替換上面電源但導(dǎo)體棒上的接線位置不改變，閉合開(kāi)關(guān)，觀察導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況。依次更換電壓大的電源，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)幾次，觀察導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)擺幅。（4）將導(dǎo)線接依次在導(dǎo)體棒“1﹑4位置”﹑“1﹑3位置”﹑“1﹑2位置”上,均為同一電源，但閉合開(kāi)關(guān)，觀察導(dǎo)體棒擺動(dòng)的角度的大小?？偨Y(jié)：（1）3塊磁鐵是相同的，那么可以認(rèn)為處于兩極間的導(dǎo)體棒是處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)更換電壓大的電源會(huì)使電路中的電流變大，閉合開(kāi)關(guān)后，電路中將有電流流過(guò)，我們知道磁場(chǎng)將對(duì)通電導(dǎo)體棒施加一個(gè)作用力，導(dǎo)體棒將擺動(dòng)一個(gè)角度，通過(guò)這個(gè)角度我們可以觀察磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力的大小。即：當(dāng)接入電路中導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度不變時(shí)，流入導(dǎo)體棒的電流越大，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力也就越大。（2）改變接入電路中導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度，通過(guò)滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)使電流表的示數(shù)不改變。我們發(fā)現(xiàn)：接入電路中導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，導(dǎo)體棒擺動(dòng)的幅度越大。即：當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流不變時(shí)，通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力也就越大。5.2磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)多年來(lái)，許多物理教師對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改良和自制，取得了一定的效果。例如，有些是利用光放大的原理自制了實(shí)驗(yàn)裝置，能夠測(cè)量安培力的大小，取得了較好的演示效果；有些是利用通電直導(dǎo)線在軌道上運(yùn)動(dòng)的距離遠(yuǎn)近來(lái)比較安培力的大小。而DIS實(shí)驗(yàn)相對(duì)于此傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)卻顯示其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)器材：力傳感器﹑數(shù)據(jù)采集器﹑電流傳感器﹑計(jì)算機(jī)﹑導(dǎo)線﹑滑動(dòng)變阻器﹑開(kāi)關(guān)﹑穩(wěn)壓電源﹑導(dǎo)體棒﹑刻度尺﹑3個(gè)蹄形磁鐵實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流、導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的作用力大小由力傳感器測(cè)得，導(dǎo)體棒中的電流由電流傳感器測(cè)得，通電導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度為磁鐵寬度的整數(shù)倍。實(shí)驗(yàn)步驟:（1）用導(dǎo)線將電流傳感器﹑開(kāi)關(guān)﹑滑動(dòng)變阻器﹑導(dǎo)體棒﹑穩(wěn)壓電源連接起來(lái)。圖5-26磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)裝置圖（2）將導(dǎo)體棒懸掛在磁鐵的兩極間，并在細(xì)繩系在導(dǎo)體棒的中間，細(xì)繩的另一端與力傳感器相連，力傳感器與導(dǎo)體棒的位置平行且在同一高度，將電流傳感器也與同一數(shù)據(jù)采集器相連，而數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連，如圖5-26所示；注意的是：U型磁鐵的磁極應(yīng)面向?qū)W生，使學(xué)生清楚地看到下面所示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。圖5-26磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)裝置圖圖5-27圖5-27導(dǎo)體棒圖（4）在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件，點(diǎn)擊“通用軟件”打開(kāi)窗口后，保持導(dǎo)線在導(dǎo)體棒的接線位置不變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，單擊“點(diǎn)擊記錄”，記錄“電流傳感器”和“力傳感器”的示數(shù)。如此重復(fù)多次，記錄多次“電流傳感器”和“力傳感器”的示數(shù)。（5)輸入多次“電流傳感器”和“力傳感器”的示數(shù)，將Y軸設(shè)為作用力F，X軸設(shè)為電流I，繪制磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力F與導(dǎo)體棒中電流I的線性關(guān)系圖像。（6）改變導(dǎo)線在導(dǎo)體棒的接線位置，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電路中電流保持不變，記錄“力傳感器”的示數(shù)。如此重復(fù)多次，記錄多次“力傳感器”的示數(shù)。用刻度尺測(cè)量蹄形磁鐵的寬度，而導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度即為磁鐵寬度的整數(shù)倍。（5)輸入多組“力傳感器”和通電導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度，將Y軸設(shè)為作用力F，X軸設(shè)為通電導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度L，繪制磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力F與通電導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度L的線性關(guān)系圖像,如圖5-28所示。圖5-28圖5-28F與L的圖像（6）觀察作用力F與電流I的圖像和作用力F與導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L的圖像，如圖5-29所示。圖5-29F與I的圖像圖圖5-29F與I的圖像圖總結(jié)：從F與I的圖像和F與長(zhǎng)度L的圖像中可以看到，作用力F與電流I成正比例關(guān)系，也與長(zhǎng)度L成正比例關(guān)系，因此，作用力F與IL成正比例關(guān)系，即FIL,引入比例系數(shù),即為B,寫成公式為:F=BIL。5.3磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的對(duì)比磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)優(yōu)于傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的方面：（1）能夠證明L一定，F(xiàn)與I成正比例關(guān)系磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)線性圖像從而說(shuō)明:當(dāng)接入電路中導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度不變時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒的作用力與導(dǎo)體棒中的電流成正比例關(guān)系。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能證明：當(dāng)接入電路中導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度不變時(shí)，隨著流入導(dǎo)體棒的電流的增大，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒的作用力也隨之增大，并不能說(shuō)明作用力與導(dǎo)體棒中的電流成正比例關(guān)系。（2）能夠證明I一定，F(xiàn)與L成正比例關(guān)系磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)線性圖像從而說(shuō)明:當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流不變時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的作用力與通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比例關(guān)系，而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能證明：當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流不變時(shí)，通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體棒的作用力也就越大，并不能說(shuō)明作用力與通電導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比例關(guān)系。(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持實(shí)驗(yàn)結(jié)論磁感應(yīng)強(qiáng)度的DIS實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)線性圖像推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，即有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而是通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（4）線性圖像直觀明顯DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^(guò)圖像看出：作用力F與電