線圈受到的彈簧的力矩和受到的安培力的力矩相等 時，線圈達到平衡．此時 Ｆ安 Ｒｃｏｓθ＝Ｆ拉 Ｒｃｏｓθ＝ κＬＲｃｏｓθ＝ｋ２πｒθ ２π Ｒｃｏｓθ 其中θ為線圈偏轉的角度，κ為彈簧的勁度系數，ｒ為 彈簧的力臂，Ｒ 為安培力的力臂，Ｌ 為彈簧拉伸的長 度．　 教材及教 學 中 一 般 通 過 傳 統 演 示 儀 器 定 性 探 究安培力的大小與導線電流、導線在磁場中的長度 的關系，但由于教材所用傳統儀器的局限，無法探究 安培力大小與磁感應強度的關系，也不能對影響安 培力大小的３個因素進行定量探究．通過自制的安 培力演示儀，不僅可以對影響安培力大小的３個因 素的猜想進行定性驗證，而且能夠定量探究安培力 大小與磁感應強度、電流大小和導線在磁場中的長 度的關系，從而突破了傳統儀器的局限，讓學生經歷 從定性到定量的完整的探究過程． 以 下 從 自 制 可 定 量 測 量 的 安 培 力 演 示 儀 的 簡 介、實驗原理、操作步驟與使用方法等幾個方面加以 展示，還就使用效果、注意事項等做了說明。

如下圖所 示，用以探究勻強磁場中，電流和磁場垂直情況下影響安培力大小的因素 及其定量關系． 下圖為安培力演示儀

１.１ 功能

探究影響安培力大小的因素：（１）電流；（２）磁 場強弱；（３）導線在磁場中的長度，并能夠研究三者之間的定量關系．

（１）定量化測量 儀器使用滑動變阻器和電流表可以改變和測量 線圈中的電流，通過增加蹄形磁鐵的個數可以定量 改變導線在磁場中的長度，通過蹄形電磁鐵可以改 變磁場的強弱，通過杠桿放大原理放大安培力，從而 定量地測量出安培力的大小．因此，該儀器可以定量 地探究安培力大小的計算公式．

（２）簡潔直觀，操作方便 利用強磁場，簡單、直觀地展示出通電直導線在 磁場中的受力情況，并且通過滑動變阻器改變線圈 和蹄形電磁鐵的電流并在電流表中顯示出來；通過 增加蹄形磁鐵的個數改變導線在磁場中的長度，操 作簡單，直觀明顯．

本實驗采用控制變量法，定量地改變線圈中的 電流大小、磁場強弱和導線在磁場中的長度；利用杠 桿放大原理定量地測量安培力的大小．研究安培力 與３個變量之間的定量關系Ｆ＝ＢＩＬ． 線圈通電以后，在磁場中的導線就會受到安培 力的作用，線圈就會發生偏轉，安培力越大線圈偏轉 的角度就會越大，由刻度盤上的刻度就可以讀出安 培力的大小． 本實驗儀器采用以下方法改變電流大小、磁場 強弱和導線在磁場中的長度．該儀器由兩個支路所 組成（圖２），右邊的支路是用來控制線圈中的電流 的，通過滑動變阻器改變支路上的電阻，從而改變支 路上的電流，用電流表可以讀出電流的大小；左邊的 支路用來控制蹄形電磁鐵的電流，同樣也是用滑動 變阻器改變電路中的電流，用電流表讀出電流的大 小；導線的長度則用增加蹄形磁鐵的個數來改變． 由于安培力是一個微小量，所以本實驗通過使 用磁場較強的蹄形磁鐵、增加線圈匝數（１５０匝）、增 加線圈電流（最大電流可達２．５Ａ）等方法以及杠桿 放大原理，增加安培力的大小． 本實驗儀器刻度是均勻的．因為，在誤差允許的 范圍以內，可以認為彈簧拉力的方向垂直向下。

（１）實驗前斷開全部開關，插上電源，把滑動變 阻器調到阻值最大處．

（２）把兩個蹄形磁鐵橫跨在左邊或者右邊的線 圈上．

（３）閉合開關Ｓ１ 和Ｓ２ 給線圈通電．

（４）通過滑動變阻器Ｒ１ 改變線圈中的電流，觀 察指針的偏轉情況．

（５）分別記錄電流表 Ａ１ 和安培力的大小，探究 安培力大小與電流的定量關系．

（１）將線圈中的電流調至１Ａ，斷開Ｓ１ 和Ｓ２．

（２）將蹄形磁鐵換成蹄形電磁鐵，閉合Ｓ１，Ｓ２ 和 Ｓ３．

（３）改變滑動變阻器Ｒ２ 的阻值，改變蹄形電磁 鐵中的電流．觀察指針的偏轉情況．

（４）分別記錄電流 表 Ａ２ 和安培力的大小．（因 為蹄形電磁鐵所產生磁場強弱和通過它的電流呈正 比關系，因此可以用電流表示它磁場的強弱．）。

（１）斷開Ｓ１，Ｓ２ 和Ｓ３，把蹄形電磁鐵換成蹄形磁 鐵．

（２）閉合Ｓ１ 和Ｓ２，讀取和記錄安培力的大小．

（３）斷開Ｓ１ 和Ｓ２，增 加 一 個 蹄 形 磁 鐵，再 閉 合 Ｓ１ 和Ｓ２．記錄安培力的大小．

（４）斷開Ｓ１和Ｓ２，增加一個蹄形磁鐵，再閉合Ｓ１ 和Ｓ２．記錄安培力的大小． 以上實驗完成后必須斷開全部開關，并把滑動 變阻器調到最大值．

本實驗儀器可以做到定性和定量相結合． 定性實驗效果明顯．雖然儀器內存在一些阻力， 但是對于定性觀察而言，由于實驗現象非常明顯，這 些阻力不會影響到實驗結果，對于中學課堂的定性 探究效果非常好． 由于儀器為手工制作，用于定量實驗時存在著 一定的誤差，但是該誤差不大，可以滿足中學物理課 堂實驗的需要．所以儀器能很好地定量探究安培力 與３個變量的關系．

（１）本裝置采用 大 尺 寸 制 作，可作為教師的課 堂演示儀器使用．利用本裝置可使學生牢固掌握安培力的測量方法，影響安培力的因素等．并且還可以 在探究的過程中提高學生的學習興趣，發掘學生的 獨立探究能力．除此之外，還能從實驗思想、實驗方 法上給予學生啟迪．

（２）本裝置也可作為學生分組實驗儀 器，通 過 學生的分組實驗，培養學生的實際操作能力、協同合 作能力和團隊精神．

該儀器可以在接線柱處設置轉換開關，從而可 以改變電流的流向，和改變磁場的方向，探究安培力 的方向和驗證左手定則．

本實驗裝置尺寸為，底座３２ｃｍ×３２ｃｍ；垂直 面板３２ｃｍ×６４ｃｍ；刻度盤３２ｃｍ×３２ｃｍ；線圈匝 數１５０匝；支架高度６ｃｍ；電源適配器２４Ｖ，４Ａ；電 流表最大量程為３Ａ；滑動變阻器最大阻值為５０Ω， 最大可通過電流為２Ａ．

（１）開始實驗前要把指針調到刻度盤的中央．   

（２）實驗過程中電流比較大，不宜長時間通電．

（３）在取放磁體時要輕拿輕放，以免損壞磁體．

（４）由于該磁鐵 是 強 磁 鐵，因 此 在 實 驗 的 過 程 中不要將手表、手機等靠近磁鐵．