某物理興趣小組的同學(xué)開展了“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度的關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)。
【提出問題】通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度有什么關(guān)系呢?
【實(shí)驗(yàn)器材】邊長(zhǎng)AB不同的矩形線圈a、b、c三個(gè),足夠?qū)挼腢形磁鐵、彈簧測(cè)力計(jì),電源、開關(guān)各一個(gè),足夠的導(dǎo)線。
【設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
(1)如圖所示,用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量矩形線圈a的重力,再將a放入磁場(chǎng)中,通電后讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即線圈受到的拉力大小,比較線圈所受拉力與其重力的大小,發(fā)現(xiàn)拉力大于重力,說明通電線圈受到的磁場(chǎng)力的方向是
豎直向下
豎直向下
的。
(2)換用不同的矩形線圈,重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)時(shí),控制所研究的線圈邊長(zhǎng)在磁場(chǎng)中的位置相同,且保持磁場(chǎng)和電流
電流
的方向不變,比較線圈所受拉力與其重力的大小。
(3)將三次實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)比較后的結(jié)果填入以下表格:
線圈AB邊的長(zhǎng)L/cm |
最短 |
較長(zhǎng) |
最長(zhǎng) |
拉力與重力的差值ΔF/N |
最小 |
較大 |
最大 |
【分析與論證】控制實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)變量相同時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,說明通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān),長(zhǎng)度越長(zhǎng),所受的磁場(chǎng)力越
大
大
。
【提出新問題】為什么上述實(shí)驗(yàn)中總是拉力大于重力呢?
【再次設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
甲同學(xué):用同一個(gè)線圈,控制其他因素或條件不變,只將
磁極
磁極
位置互換,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明拉力小于重力;
乙同學(xué):用另一個(gè)線圈,控制其他因素或條件不變,只將線圈中
電流方向
電流方向
改變,與甲同學(xué)改變的變量不一樣,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明了拉力小于重力。
【猜想】借助以上實(shí)驗(yàn),該物理興趣小組的同學(xué)將知識(shí)遷移,從而提出了以下合理的猜想:通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受力的大小,除了與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān)外,還與
磁場(chǎng)強(qiáng)弱
磁場(chǎng)強(qiáng)弱
和
電流大小
電流大小
有關(guān)。