在物理學中,磁感應強度的測量是電磁學實驗的重要組成部分。本實驗通過測量通電導線在勻強磁場中所受的安培力,來精確計算磁感應強度的大小,并進一步判定其方向。所用部分器材包括電流源、導線、測力裝置(如彈簧秤或天平)、以及必要的機械固定裝置和原輔材料,如絕緣支架、導線連接器等。圖中虛線框內表示存在一個沿水平方向且垂直于紙面的勻強磁場區域。
實驗原理基于安培力公式:F = BILsinθ,其中F是導線所受的安培力,B是待測磁感應強度,I是通過導線的電流,L是導線在磁場中的有效長度,θ是電流方向與磁場方向之間的夾角。在本實驗中,導線被水平放置,磁場垂直于紙面,因此θ為90°,sinθ=1,公式簡化為F = BIL。通過測量F、I和L,即可計算出B = F / (IL)。
實驗步驟如下:將一段直導線固定在絕緣支架上,確保其處于虛線框內的磁場區域中。使用電流源向導線通入已知電流I,并通過測力裝置記錄導線所受的安培力F。同時,精確測量導線在磁場中的有效長度L。重復實驗多次,改變電流大小或方向,以驗證結果的準確性。計算出的B值即為磁感應強度大小。
為了判定磁場方向,可以應用右手定則或弗萊明左手定則。通過觀察安培力的方向(例如,導線受力向上或向下),并結合電流方向,可以推斷出磁場是垂直紙面向里或向外。例如,如果電流從左向右流動,導線受力向上,則根據左手定則,磁場方向為垂直紙面向外。實驗過程中需注意安全,避免電流過大導致過熱,并使用適當的原輔材料確保絕緣和穩定性。
這種方法簡單有效,適用于實驗室環境,能夠精確測量磁感應強度并判定其方向,為電磁學研究和應用提供基礎數據。
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更新時間:2026-02-23 17:21:11