实验步骤
由于通电导线在磁场中受力大小受多个因素影响,所以实验采用控制变量法。
1.保持磁感应强度和导线长度不变,探究通电导线在磁场中受力大小与电流大小的关系。

图12

图13

图14

图15
先调整直流电源使通过导线的电流为零,记录精密电子天平初始读数F0,然后调整电源恒流设置旋钮,逐步增大电流(如图12~15所示),读取并记录电源输出的电流读数和电子天平的读数。

分析数据,推导出通电导线在磁场中受力大小与电流大小的关系:F∝I
2.保持磁感应强度和电流不变,探究通电导线在磁场中受力大小与导线长度的关系。

图16
先调整直流电源使通过导线的电流为零,记录精密电子天平初始读数F0,移动软导线连接直导线的位置,从而改变接入磁场中直导线的有效长度(即直导线两端接入点的距离,如图16所示),记录导线有效长度和电子天平的读数。

分析数据,推导出通电导线在磁场中受力大小与导线长度的关系:F∝L,结合第1步与第2步实验结果,可知:当通电导线与磁场方向垂直时,通电导线在磁场中受力大小F∝IL。
3.保持导线长度和电流不变,改变马蹄形磁铁的个数,验证通电导线在磁场中受力大小与磁感应强度B的关系。

图17

图18

图19

图20
先调整直流电源使通过导线的电流为零,记录精密电子天平初始读数F0,逐步增加马蹄形磁铁的个数,并用磁感应强度计在侧面探入极靴中间(如图17~20所示),记录磁感应强度计和电子天平的读数。

分析数据,推导出通电导线在磁场中受力大小与磁感应强度大小成正比关系:F∝B
4.保持通电导线的长度、电流、磁感应强度不变,改变导线的材料(例如换成铜棒、石墨棒),或者改变导线的横截面积大小,通过实验和分析数据,验证通电导线在磁场中受力大小与导线的材料、横截面积等因素无关。
经过以上实验,推导出通电导线在磁场中受力大小与导线在磁场中的长度、导线的电流大小以及磁感应强度大小的主系式:F∝ILB。