安培力實驗報告(北京科技大學(xué)物理實驗報告)

1、北京科技大學(xué)實驗報告實驗內(nèi)容及步驟（1） 利用電流秤測量磁場中載流導(dǎo)體的受力。（2） 利用U形鐵芯的兩個電磁磁極產(chǎn)生較強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場。（3） 調(diào)節(jié)砝碼使天平達(dá)到平衡。（4） 改變勵磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸測量線圈所受安培力大小。以研究安培力與磁場、載流、導(dǎo)線尺寸的關(guān)系。數(shù)據(jù)測量結(jié)果：數(shù)據(jù)1（A）l=12.5mm n=1勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/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

2、.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 3

3、3.04 0.81 數(shù)據(jù)2（B）l=25mm n=1勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/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 32.140.6

4、01.0 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勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/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-

5、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勵磁電流3A線圈電流3A線圈電流/A天平讀數(shù)安培力勵磁電流/A天平讀數(shù)安培力-3.0 32.53-6.22-3.0 32

6、.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

7、.015.263.0 45.056.303.0 45.016.26數(shù)據(jù)分析：此次實驗是為了研究載流導(dǎo)體在磁場中的受力規(guī)律的。實驗中主要研究安培力大小與勵磁電流、載流線圈電流、載流線圈尺寸的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)中的“-”號表示反向測量時的電流。并且，實驗中以安培力向下方向為正。需要說明的是，實驗中，我們考慮到磁場太小時即使線圈電流很大也不能使得天平有很大偏轉(zhuǎn)。所以我們先在勵磁電流為3A的情況下測出不同線圈電流所受的安培力的大?。蝗缓笤僭诰€圈電流為3A的情況下測出不同勵磁電流（及磁場強(qiáng)度）情況下的安培力大小。這里其實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

8、清楚看到，當(dāng)磁場、線圈尺寸、線圈匝數(shù)不變時，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)的共同點是線圈匝數(shù)相同，所以說，在磁場中線圈長度越長，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，線圈長度關(guān)系為：L(C)=2L(B)=4L(A)。而三者對應(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

9、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中的長度，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。實驗總結(jié)此實驗的構(gòu)成十分簡單，就是使用控制變量法來解決影響安培力的幾個因素。實驗中，我們一共測量兩組數(shù)據(jù)，即：控制勵磁電流不變和控制樣品電流不變，分別測量不同樣品的安培力。最為困難的也是最為費時間的是天平平