安培力實(shí)驗(yàn)報(bào)告(北京科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告).docx

北京科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1） 利用電流秤測(cè)量磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體的受力。（2） 利用U形鐵芯的兩個(gè)電磁磁極產(chǎn)生較強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。（3） 調(diào)節(jié)砝碼使天平達(dá)到平衡。（4） 改變勵(lì)磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸測(cè)量線圈所受安培力大小。以研究安培力與磁場(chǎng)、載流、導(dǎo)線尺寸的關(guān)系。數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果：數(shù)據(jù)1（A）l=12.5mm n=1勵(lì)磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵(lì)磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.0 31.35 -0.88 -3.0 31.34 -0.89 -2.5 31.50 -0.73 -2.5 31.46 -0.77 -2.0 31.65 -0.58 -2.0 31.61 -0.62 -1.5 31.81 -0.42 -1.5 31.75 -0.48 -1.0 31.95 -0.28 -1.0 31.87 -0.36 -0.5 32.12 -0.11 -0.5 32.04 -0.19 0.0 32.23 0 0.0 32.23 0 0.5 32.35 0.12 0.5 32.33 0.10 1.0 32.52 0.29 1.0 32.47 0.24 1.5 32.65 0.42 1.5 32.63 0.40 2.0 32.81 0.58 2.0 32.75 0.52 2.5 32.93 0.70 2.5 32.91 0.68 3.0 33.17 0.94 3.0 33.04 0.81 數(shù)據(jù)2（B）l=25mm n=1勵(lì)磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵(lì)磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.0 29.83-1.71-3.0 29.87-1.67-2.5 30.01-1.53-2.5 30.2-1.34-2.0 30.46-1.08-2.0 30.45-1.09-1.5 30.74-0.80-1.5 30.79-0.75-1.0 31.02-0.52-1.0 30.97-0.57-0.5 31.32-0.22-0.5 31.24-0.30.0 31.5400.0 31.5400.5 31.850.310.5 31.850.311.0 32.140.601.0 32.150.611.5 32.430.891.5 32.410.872.0 32.711.172.0 32.611.072.5 32.951.412.5 32.941.403.0 33.221.683.0 33.211.67數(shù)據(jù)3（C）l=50mm n=1勵(lì)磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵(lì)磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.0 33.43-3.26-3.0 33.43-3.26-2.5 33.97-2.72-2.5 33.94-2.75-2.0 34.48-2.21-2.0 34.45-2.24-1.5 35.03-1.66-1.5 35-1.69-1.0 35.54-1.15-1.0 35.49-1.20-0.5 36.07-0.62-0.5 36.09-0.600.0 36.6900.0 36.6900.5 37.130.440.5 37.160.471.0 37.680.991.0 37.640.951.5 38.161.471.5 38.161.472.0 38.732.042.0 38.712.022.5 39.32.612.5 39.222.533.0 39.783.093.0 39.733.04數(shù)據(jù)4（D）l=50mm n=2勵(lì)磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵(lì)磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.0 32.53-6.22-3.0 32.61-6.14-2.5 33.55-5.2-2.5 33.55-5.20-2.0 34.67-4.08-2.0 34.56-4.19-1.5 35.64-3.11-1.5 35.63-3.12-1.0 36.67-2.08-1.0 36.64-2.11-0.5 37.75-1.00-0.5 37.59-1.160.0 38.7500.0 38.7500.5 39.841.090.5 40.001.251.0 40.922.171.0 40.972.221.5 41.953.201.5 41.983.232.0 42.984.232.0 43.024.272.5 44.035.282.5 44.015.263.0 45.056.303.0 45.016.26數(shù)據(jù)分析：此次實(shí)驗(yàn)是為了研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力規(guī)律的。實(shí)驗(yàn)中主要研究安培力大小與勵(lì)磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的“-”號(hào)表示反向測(cè)量時(shí)的電流。并且，實(shí)驗(yàn)中以安培力向下方向?yàn)檎Ｐ枰f明的是，實(shí)驗(yàn)中，我們考慮到磁場(chǎng)太小時(shí)即使線圈電流很大也不能使得天平有很大偏轉(zhuǎn)。所以我們先在勵(lì)磁電流為3A的情況下測(cè)出不同線圈電流所受的安培力的大小；然后再在線圈電流為3A的情況下測(cè)出不同勵(lì)磁電流（及磁場(chǎng)強(qiáng)度）情況下的安培力大小。這里其實(shí)也使用到了控制變量法的基本原理。用各組數(shù)據(jù)的前一半數(shù)據(jù)可畫出如下四張圖形：從四張圖中可以清楚看到，當(dāng)磁場(chǎng)、線圈尺寸、線圈匝數(shù)不變時(shí)，安培力和線圈電流成正比例關(guān)系，即：FI。為了方便分析，可以把數(shù)據(jù)都放到一個(gè)圖中（如下）：我們先分析一下A,B,C三組。這三組數(shù)據(jù)的共同點(diǎn)是線圈匝數(shù)相同，所以說，在磁場(chǎng)中線圈長(zhǎng)度越長(zhǎng)，安培力隨電流的變化速率越快。那么兩者的定量關(guān)系又如何呢？我們可以看到，線圈長(zhǎng)度關(guān)系為：L(C)=2L(B)=4L(A)。而三者對(duì)應(yīng)的安培力是什么關(guān)系呢？我們可以從下圖中看出，變化率也是兩倍關(guān)系。即：FLC，D兩組相比，我們知道：線圈匝數(shù)越多，變化率越大。由公式可知，D的變化率是C的變化率的兩倍。為了更清楚看出此關(guān)系，我們可以畫出兩者的變化關(guān)系（如下）。這樣，我們就能看出兩者的變化率幾乎是兩倍的關(guān)系。因而，可以推斷安培力Fn（匝數(shù)）。綜上所述，安培力正比于線圈匝數(shù)，線圈中的電流和線圈在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度，也就是說FnIL。下面我們來討論一下線圈電流不變的情況下上述結(jié)論是否成立，同時(shí)研究一下安培力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)AD，可以畫出如下的圖形：顯然，安培力隨著勵(lì)磁電流增大，一直上升。且兩者成正比例關(guān)系。也就是說：FB，而四種情況的綜合如下圖所示：我們可以用同樣的方法得出安培力FnL，與上面的FI和FI結(jié)合起來我們就得到：FnBIL。至此，我們就推出安培力隨所有影響因素的變化關(guān)系了。實(shí)驗(yàn)總結(jié)此實(shí)驗(yàn)的構(gòu)成十分簡(jiǎn)單，就是使用控制變量法來解決影響安培力的幾個(gè)因素。實(shí)驗(yàn)中，我們一共測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)，即：控制勵(lì)磁電流不變和控制樣品電流不變，分別測(cè)量不同樣品的安培力。最為困難