实验构思

实验装置的整体思路：使用100匝线圈代替单股导线，产生的安培力更大；采用精度为0.1 g的电子秤测量安培力，读数更加精确、效果更加明显；装置底座以5 mm厚的有机玻璃板制作，两个对称的门形铝架用有机玻璃条扣压固定在底座上，其相对距离可以通过螺丝进行调节；门形铝架横梁部分内侧埋有细铁丝，用以吸附薄片磁铁，更换磁铁以改变物理量时非常便捷。

在改变I、L及B等操作过程中，既考虑操作的简便性和读数的准确性，又要突出实验原理及教育功能。为简便地改变线圈中的电流，采用学生电源供电。学生电源一共有双程8挡位，最多能获得16组电流数据。线圈电阻约8Ω，当电压调至最大输出14V时，电流仍达不到2A。工作电流尽量控制在1A以内，避免线圈过度发热。

由于处于磁场中的线圈上横边并非理想长直导线，磁铁间的磁场也并非理想匀强磁场，在不使用磁传感器的情况下定量控制磁感应强度B是非常困难的。如图2（甲）所示，A和B是相同规格厚度均为2 mm的薄片磁铁，正反面为充磁方向（即N极和S极所在面）。即使两磁极间并非匀强磁场，当把通电导线置于两磁极中间，B必与导线垂直。假定只存在磁片A时，其在导线处产生的磁场为Ba，则磁片A和B叠加同时存在时，在导线处产生的磁感应强度分别为Ba和Bb。若满足磁铁厚度Δd≪d，导线处磁场则为B=Ba+Bb=2Ba。通过此方法，实现不借助磁传感器便可控制磁感应强度B倍增，从而进行定量研究。

另外，通过铁屑显迹及小磁针探测等发现，薄片磁铁侧边磁感线发散很少，尤其用两个薄片磁铁组成一对磁极时，磁感线几乎全部收敛于两磁极间而不漏散。所以如图2（乙）所示，通过增加或减少磁极对数，可以定量控制浸入磁场的导线的有效长度。至此，实验实现了全定量探究安培力。

图2　磁感应强度B及有效长度L倍增原理