通电导体在磁场中运动的实验探索，本文主要内容关键词为：磁场论文,导体论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在初中物理“通电导线在磁场中运动”的教学中，笔者经实验探索，得出一些实验结论与同行共同研究。
此实验一般采用悬线式和导轨式两种方式。
1 悬线式
制作与实验：将细而轻的铜芯线截取一段（约10cm长，Φ1mm）， 在其两端用细漆包线焊好，如图1所示，将铜导线放于U形磁铁中间，通电后，就能见到很明显的摆动现象，效果明显。实验时，笔者发现用较长的导线，圈成U形后，固定在铁架台上通电也能有此良好的效果， 不必特意制作，可以就地取材。在此不作进一步的研究。
2 导轨式
如图2所示，用导轨实验是让通电导体在水平方向滚动， 一般导体可以是圆柱体、圆管、带轮导体三种。下面就用导轨做实验时可选择的这三种导体作一下研究。
（1）铝圆柱体作为导体：
优点：用实验室现成的铝圆柱体，不必特意制作。导体较大，可视性较好。
缺点：用实验室现成的铝圆柱体做实验时，导体与导轨用砂皮磨光，通常用稳压电源、蓄电池做实验，设备要求高，实验难度大，铝导线与导轨之间的接触又不是很好。经实测，要使导体滚动的最小电流要求在3A以上，用一般的干电池供电效果差。
究其原因：
①利用铝材料作为导体导致接触电阻较大：经砂皮打磨后的铝导体，接触电阻有所改善，但当有一个小的滚动时，很容易在滚动过程中出现火花，导致氧化铝绝缘层的产生，最终影响实验效果；②圆柱体质量较大是效果不佳的最直接原因：虽然用铝材料密度小效果将有所改善，但圆柱体这种形状本身决定了它的效果。若设圆柱体的质量为m[,柱]，半径r，（如图3所示）则圆柱体对接触点D的转动惯量
由上述三式可得，在F一定时，a[,c]与导体的形状、导体的质量有关，即形状和质量这两个因素决定了实验的效果，质量是最关键的因素。
③导体与导轨间的滚动摩擦也不可忽视：圆柱体质量较大，起动时的滚动摩擦相应要比其它两种导体要大。这一因素还是要归结到导体的质量上。
（2）铝圆筒作为导体
制作方法：考虑到上述两个因素，笔者采取质量较小的圆筒形与圆轮做实验来研究，自制了铝管，方法是取香烟盒中的铝箔纸，将它卷在实验室原有的铝圆柱体的外面，在中间用胶带纸粘合。注意，因为它易变形，不要做得太大，太大了不易做圆，质量又大，效果反而不是太好，“轻”是原则。
实验效果：放于实验室原有的导轨上做，起动电流在0.4A以下，效果十分明显。
优点：此方法取材容易，制作方便，可随用随做。而且电源要求不高，只要用两节干电池输电已足够，也可作为学生的课外小制作。
缺点：铝管虽然制作方便，但在制作时应考虑到接触电阻和圆管的圆形，由于圆管是由铝箔制作，很薄，易变形，取放时不能用力过大，制作前应用软纸将铝箔表面擦平，擦干净。使其在实验时接触电阻尽可能小一些，因为制作好后，一般不能用砂皮擦拭。
（3）铜圆轮作为导体
制作方法：本人也制作了圆轮导体，如图4所示， 取等大的小铜垫片两个，铜芯线一根9.5cm（与实验室导轨间隔相等），去其绝缘层，用焊锡先在铜垫片上焊一细铜线，将垫片孔如θ形焊接，然后用铜芯线将小垫片连接起来，做成圆轮导体。接着用5mm×90mm的敷铜板2块，用较粗的铜线将它们分别焊接，以圆轮导体的长度作为间隔固定在三夹板上，焊上接线柱，完成制作。在使用时，将平板导轨和圆轮导体的圆轮边缘用砂皮打磨光滑，接着将圆轮导体在水平玻璃板上来回滚动，适当调节，使其不致偏心。
实验效果：起动电流在0.8A—1.0A之间，可用两节干电池作电源。现象较明显。
优点：圆轮导体的优点在于它质量较小，没有无用的长度和质量，轮用铜制作，与导轨接触较好，实验效果较好。
缺点：制作难度大，导体太细，也易偏心，调整时不易，后排学生看不太清楚。建议连接两轮的导线改用铝导线，这样可进一步减小质量，但用铝时，焊接比较困难。
上述三种方法，效果最好的要算圆筒导体了，表1 所示的实验数据就能说明一切。
综观通电导体在磁场中运动的实验探索过程，给我很多启迪。实验前，应对实验进行充分的准备，多动手做一下，早作准备，从多方面、全方位考虑实验因素和学生因素，做到心中有数。对一些实验效果差的实验应进行一定的研究，不能只看现象不看本质。只有这样才能使实验达到所需的效果，确保每个实验的成功进行，从而提高教学质量。