左手定则演示实验装置的改进，本文主要内容关键词为：定则论文,演示论文,左手论文,装置论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
探究磁场力方向与磁场方向和电流方向之间的关系是高二物理教学中的一个重要内容，但是目前不同版本的教材对此处理方法是不一样的。人教版教材用放在平行导轨上的通电导体棒的运动方向结合磁场和电流方向判断三者之间的方向关系，如图1所示。沪教版教材利用悬挂起来的通电导体棒的偏转方向结合磁场和电流方向判断三者之间的方向关系，如图2所示。笔者认为这两套实验装置在实际的探究过程中都缺乏相应的科学性和严密性。在图1或图2所示的实验装置中，教材都是通过通电导体棒的运动方向来判断出磁场力是沿着水平方向的，但是根据力和运动之间的关系，我们是无法准确判断出磁场力的方向的。因此，笔者对该节课中探究磁场力方向与磁场和电流方向之间关系的实验装置进行了改进，并且通过实际应用，取得了很好的教学效果。笔者现叙述出来与各位同仁分享。
一、实验改进
1.改进原理
为了准确得出磁场力的方向，笔者在图2所示实验装置的基础之上进行改进：将蹄形磁铁放在托盘天平上，并调节天平平衡；用线圈代替导体棒，通电以后，线圈受到磁场力作用并发生了明显的偏转，但同时天平仍然保持平衡状态，由杠杆平衡条件可以确定蹄形磁铁所受磁场力的方向沿着水平方向，进而根据牛顿第三定律可以得出通电线圈所受到的磁场力方向也必然沿着水平方向，实验装置如图3所示。
2.实验操作
笔者采用改进的演示实验装置来确定磁场力的方向。为了确定通电线圈对磁铁的磁场力大小是否能够影响到托盘天平的平衡，我们先来做1个探究实验：
（1）探究磁场力的大小是否能够改变天平的平衡状态。在下页图4所示的演示实验装置中，改变蹄形磁铁的磁极方向，使通电线圈所在位置处的磁场方向变为水平方向，让通电线圈所受到的磁场力方向变为竖直方向，实验装置如图3所示，将学生电源、滑动变阻器、线圈和开关依次连接起来。闭合电键，观察通电线圈的偏转情况和天平的指针变化。
实验现象：当闭合电键时，通电线圈上下抖动，稳定时天平的指针发生了明显的偏转。
理论分析：通电线圈发生抖动说明线圈受到了磁场力的作用，根据牛顿第三定律可知，磁铁必定受到了磁场力的作用，并且大小相等、方向相反、作用于同一条直线上；根据天平指针的偏转，可以判断出由于磁铁受到了磁场力的作用，天平不再保持平衡状态，这说明通电线圈受到的磁场力的大小已经足够影响到天平的平衡状态了。
（2）探究磁场力的准确方向。为了准确判断出通电线圈受到的磁场力的方向，改变蹄形磁铁的磁极方向，使通电线圈所在位置处的磁场方向变为竖直方向（磁铁N极在上方，S极在下方），让通电线圈所受到的磁场力方向变为水平方向，实验装置如图4所示，将学生电源、滑动变阻器、线圈和开关依次连接起来（电流从红线流进，从黑线流出）。闭合电键，观察通电线圈的偏转情况和天平的指针变化。
实验现象：通电线圈向左偏转，稳定时天平指针稍微偏离了中央位置（如图4左上角所示）。
理论分析：我们考虑的是通电线圈下面的一条边所受的磁场力，但是还有两条竖直边有很小的一部分在磁场范围内，也会受到磁场力作用，由于这部分的磁场力非常小，我们将其当作误差来处理，因而在误差允许范围内可以近似认为天平仍然是平衡的。根据杠杆平衡条件可知：只有当天平两端所受到的力对中央支点的力矩相等时，天平才会保持平衡。这里有两种可能：一种是蹄形磁铁受到的磁场力非常微小，不能影响到天平的平衡状态；另一种就是如果蹄形磁铁受到的磁场力方向为水平方向时，对天平中央支点的力矩为零，也不会影响到天平的平衡状态。结合前面的探究实验1可判断出第1种可能是不存在的。由此我们可以确定蹄形磁铁所受到的磁场力沿水平方向。进而根据牛顿第三定律可知通电线圈所受到的磁场力方向也必定沿着水平方向，并结合线圈向左摆动，这说明了通电线圈受到的磁场力方向为水平向左。
3.改进效果
该改进实验与教材中常用的两种演示实验装置相比较而言，它通过天平是否保持平衡而能够直接判断出蹄形磁铁所受到的磁场力的方向，因而根据牛顿第三定律可以间接地得出通电线圈所受到的磁场力的方向，通过这种转化巧妙地解决了线圈所受磁场力的方向问题，比以往的演示实验中仅仅是通过通电导体棒的运动方向或者线圈的偏转方向来判断磁场力方向更加具有科学性和严密性，不仅巧妙地解决了以往教材中的演示实验装置所不能解决的问题，而且所需要的实验装置与器材也很常见，在具体的实验教学过程中具有可操作性。
二、反思总结
因为教学仪器陈旧，不能满足现代化的实验教学需要，所以需要教师去开发、改进实验教具，在原来实验装置的基础上充分利用可用资源，进行教育资源的再次整合。该实验装置充分利用了学校的教学仪器设备，在已有的仪器基础之上，为了达到准确判断磁场力方向的目的，笔者对原有的演示实验装置做了一点补充，将实验装置放在托盘天平上进行探究，很巧妙地获得了磁场力的准确方向。