实验：磁场中载流导体所受的效应

目的

研究置于磁场中的载流导体所受的力，以及它如何取决于电流和磁场的方向。

变量

• 操纵变量: 电流的方向（以及磁场的方向）
• 响应变量: 导体移动的方向
• 固定变量: 磁场强度与所用的导体

仪器与材料

• U 形磁铁（或轭上的两块板状磁铁）
• 作秋千悬挂的硬裸铜丝
• 低压电源
• 变阻器
• 开关
• 连接导线
• 铁架台

步骤

1. 把硬铜丝悬挂起来，使其能在 U 形磁铁两极之间自由摆动。
2. 将铜丝与电池、变阻器和开关串联。
3. 接通电流，观察铜丝移动的方向。
4. 改变电流方向，再次观察移动的方向。
5. 改为对调磁极，再一次观察移动的方向。
6. 记录电流方向、磁场方向及由此产生的移动方向。

记录数据

在表格中记录观察结果，列出每种情况下电流的方向、磁场的方向以及铜丝所产生的移动方向。

图表

由于结果为定性的，无需作图。将观察结果与弗莱明左手定则比较。

分析

磁场中的载流导体因两磁场相互作用（弹弓效应）而受力。其方向由弗莱明左手定则确定；改变电流或磁场方向会使力的方向反向。

电磁学 · 画图技能

示例结果及其含义

这是一个定性实验，所以你记录的是方向而不是数字。以下是一组示例观察（请标明为示例结果）：

• 电流向下，磁场由 N 到 S（从左到右）：铜丝向外弹出，离开磁隙。
• 电流反向（向上），磁场不变：铜丝向内弹动。
• 电流重新向下，磁极对调：铜丝向内弹动。
• 电流和磁场都反向：铜丝又向外弹出。

这个规律就是主要结论。单独改变电流或磁场的方向都会使力的方向反向，而同时改变两者又会使力回到原来的方向。

这说明只要电流横穿磁场，铜丝就会受到真实的力，而力的方向由电流方向和磁场方向共同决定。

读取结果与求出答案

这里不作图，因为结果是方向而非测量值。你要用弗莱明左手定则去核对每一次观察。

把左手的拇指和前两指互相垂直：食指指向磁场方向（N 到 S），中指指向电流方向，拇指便指向由此产生的运动或力的方向。

以第一行做一次核对。磁场从左指向右，电流指向下。

把左手摆成食指向右、中指向下，拇指便指向磁隙外侧，与观察到的弹动方向一致。

对反向的各行做同样的核对，就能说明为什么一次反向会使运动翻转、两次反向又使其复原，从而在每种情况下都验证了该定则。

评分者看重的要点

使结果清晰的注意事项：只短促地接通电流，以免铜丝过热；确保铜丝自由悬挂，使其真能移动；确保每个连接牢固，使电流稳定。

对于定性任务的试卷三科学过程技能：

• 记录每一种情况下的电流方向、磁场方向和移动方向，而不仅是一种。
• 每次只改变一个量（电流或磁场），使每次反向的原因清楚。
• 清楚陈述推论：导体受力，且其方向遵从弗莱明左手定则。
• 把这一效应与两个磁场的相互作用（弹弓磁场）联系起来。
• 全程保持磁场强度和铜丝相同，作为固定变量。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)