PASCO物理组合实验系列 基本电流平衡组合实验 陈新雷编译 SF-8607 Basic Current Balance SF-8608 Current Balance Accessory 上海交通大学物理实验中心
PASCO 物理组合实验系列 基本电流平衡组合实验 陈新雷 编译 上海交通大学物理实验中心
基础电流平衡组合实验 实验目的 研究带电导线在磁场中产生的磁场力的大小、方向与电流的大小、磁场强度、导线长度、 磁场与导线之间夹角等四个因素的关系。 实验原理 带电导线在磁场中会产生一个力，通常称为磁场力。此力的大小、方向与电流()的大 小，导线(L)的长度、磁场(B)的强度和导线与磁场之间的夹角(0)等四个因素有关。 磁场力的数学表示： 矢量形式：Fn=Li×B 标量形式：Fm=LIBsin0 应用Pasco SF-.8607基础电流平衡仪，可改变电流、导线长度和磁场强度，算出由此得 到的磁场力的大小。而使用Pasco SF-8608电流平衡附件，可改变导线与磁场之间的夹角， 从而完整地研究带电导线与磁场间的相互作用。 rent Loop 实验内容： Main Unit 1.力与电流关系 Lab Stand 88198m (1)将实验仪器按图1按装，并选定一线路板。 (2)测定线路板无电流通过时，此磁铁组合的 图1 质量mo,并记录。 (3)调节电流至0.5A,记录下新的质量m,二者相减m-m。即为电流强度为0.5A时的磁 场力。 (4)每次增加电流0.5A直至5.0A。并重复(2)·(3)步骤。 表1 0 2 3 4 5 6 8 9 10 I(A) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 35 4.0 4.5 5.0 m(g) F(g) 2.力与导线长度之关系 (1)仪器仍按图(1)按装，先使用编号为最小的线路板，并记录长度L(mm) (2)先不通电流，测定磁铁组合的质量m。 (3)调节电流至2.0A,并测定此时磁铁组合的质量m,m-m即为力F值
基础电流平衡组合实验 实验目的 研究带电导线在磁场中产生的磁场力的大小、方向与电流的大小、磁场强度、导线长度、 磁场与导线之间夹角等四个因素的关系。 实验原理 带电导线在磁场中会产生一个力，通常称为磁场力。此力的大小、方向与电流 的大 小，导线（L）的长度、磁场 的强度和导线与磁场之间的夹角（θ）等四个因素有关。 I )( r B)( r 磁场力的数学表示： 矢量形式： m BILFr r r ×= 标量形式：Fm=LIBsinθ 应用 Pasco SF-8607 基础电流平衡仪，可改变电流、导线长度和磁场强度，算出由此得 到的磁场力的大小。而使用 Pasco SF-8608 电流平衡附件，可改变导线与磁场之间的夹角， 从而完整地研究带电导线与磁场间的相互作用。 图 1 实验内容： 1． 力与电流关系 （1）将实验仪器按图 1 按装，并选定一线路板。 （2）测定线路板无电流通过时，此磁铁组合的 质量m0，并记录。 （3）调节电流至 0.5A，记录下新的质量mi，二者相减mI-m。即为电流强度为 0.5A时的磁 场力。 （4）每次增加电流 0.5A 直至 5.0A。并重复（2）-（3）步骤。 表 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I (A) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 m(g) F (g) 2． 力与导线长度之关系 （1） 仪器仍按图（1）按装，先使用编号为最小的线路板，并记录长度 L（mm） （2） 先不通电流，测定磁铁组合的质量 m。 （3） 调节电流至 2.0A，并测定此时磁铁组合的质量m，m-m0即为力F值。 1
(4)关闭电流，取下电路板，换上新的线路板，并重复(1)-(3)步骤。 注：共有六块线路板，按编号顺序由小到大依次使用 表2 m(I=0) 编号 37 38 39 40 41 42 L(mm) M(g) F(g) 3.力与磁场强度的关系 (1)仪器仍按图1安装，使用电路最短的一块板。 (2)在盒中只放一块磁铁，不通电流，称出磁铁盒的质量，并记下数据o。 (3)调节电流至2.0A,测定新的质量m’,二者相减即为磁场力F。=m'-mo。 (4)每次增加一块磁铁（使每块磁铁的北极都在同一边），并重复(2)·(3)步骤，直 至六块磁铁全装上。 表3 磁铁块数 2 3 J 6 m(=0)(g) M'I0)(g) F=(m'-m)(g) 4.力与角度的关系 (1)仪器按图2安装 (2)测定无电流时磁铁组合的质 Main Unit 量，并记录在表四之上的mo的 SF-8608 ccessory 一格内。 Unit Magnet Assembly (3)调节角度为0°，即金属线圈 Lab Stand 0.01 gram Balance 几乎与磁场平行。然后将电流 调至1.0A。测定新的磁铁组质 图2 量m,并记录。 测磁场力即为F=(m-mo）g (4)每次增加角度5°直至90°，然后每次减小角度5°直至-90°，在每一角度读出质 量m,并计算力F值。 表4 2
（4） 关闭电流，取下电路板，换上新的线路板，并重复（ ） 关闭电流，取下电路板，换上新的线路板，并重复（1）-（3）步骤。 注：共有六块线路板，按编号顺序由小到大依次使用 表 2 m0（I=0） g 编号 37 38 39 40 41 42 L(mm) M(g) F(g) 3． 力与磁场强度的关系 （1）仪器仍按图 1 安装，使用电路最短的一块板。 （2）在盒中只放一块磁铁，不通电流，称出磁铁盒的质量，并记下数据m0。 （3）调节电流至 2.0A，测定新的质量mˊ，二者相减即为磁场力F。F= mˊ- m0。 （4）每次增加一块磁铁（使每块磁铁的北极都在同一边），并重复（2）-（3）步骤，直 至六块磁铁全装上。 表 3 磁铁块数 1 2 3 4 5 6 m(I=0) (g) M′(I≠0) (g) F=(m′-m) (g) 4． 力与角度的关系 （1）仪器按图 2 安装 图 2 （2）测定无电流时磁铁组合的质 量，并记录在表四之上的m0的 一格内。 （3）调节角度为 0°，即金属线圈 几乎与磁场平行。然后将电流 调至 1.0A。测定新的磁铁组质 量 m，并记录。 测磁场力即为F=（m-m0）g （4）每次增加角度 5°直至 90°，然后每次减小角度 5°直至-90°，在每一角度读出质 量 m，并计算力 F 值。 表 4 2
mo(1=0) Angle“Mass”Force'” Angle "Mass'”Force” Angle“Mass”“Force Angle"Mass'”Force” (0)(gram) (gram) (0)(gram) (gram) (0)(gram）(gram) (0)(gram)(gram) 0 50 0 -50 5 55 -5 -55 10 60 -10 -60 15 65 15 -65 20 70 -20 -70 25 75 -25 -75 30 80 .30 -80 35 85 -35 -85 40 90 .40 .90 45 -45 数据处理 1.分别以电流，导线长度，磁铁块数及磁场与导线的夹角为横轴，而以力为纵坐标，画 出四种对应关系的图线。并得出相应的结论。 2.尝试一下测定不同编号的线路板，其电流与力的关系。 3.尝试测定不同编号的线路板，其磁铁块数与力的关系。 分析讨论 1.分析一下当一块磁铁的北极与另一块磁铁的南极相挨时，此刻磁场力与磁场强度的关 系将发生怎样变化，可以实际操作一下。 2.讨论一下在怎样的角度下产生的磁场力最大。而当线圈与磁场面的夹角处于什么量值 时，磁场力最小。作一下试验。 Main Unit 实验仪器 1.SF-8607基础电流平衡仪（图3） (1)主部件： Magnet Assembly Current Loops (2)六块不同长度的导线板： 图3 (3)可装六块磁铁的磁铁组合。 2.SF-8608电流平衡组合（图4） (1)电流平衡附件： (2)磁铁组合件。 3.电源0-5A。 Magnet Assembly 4.电流表。 Current Balance Accessory Unit 5.精度为0.01g的四通道称。 图4 6.实验接线图。（图5） 3
m0（I=0） g Angle “Mass” “Force” (θ) (gram) (gram) Angle “Mass” “Force” (θ) (gram) (gram) Angle “Mass” “Force” (θ) (gram) (gram) Angle “Mass” “Force” (θ) (gram) (gram) 0 50 0 -50 5 55 -5 -55 10 60 -10 -60 15 65 -15 -65 20 70 -20 -70 25 75 -25 -75 30 80 -30 -80 35 85 -35 -85 40 90 -40 -90 45 -45 数据处理 1． 分别以电流，导线长度，磁铁块数及磁场与导线的夹角为横轴，而以力为纵坐标，画 出四种对应关系的图线。并得出相应的结论。 2． 尝试一下测定不同编号的线路板，其电流与力的关系。 3． 尝试测定不同编号的线路板，其磁铁块数与力的关系。 分析讨论 1． 分析一下当一块磁铁的北极与另一块磁铁的南极相挨时，此刻磁场力与磁场强度的关 系将发生怎样变化，可以实际操作一下。 2． 讨论一下在怎样的角度下产生的磁场力最大。而当线圈与磁场面的夹角处于什么量值 时，磁场力最小。作一下试验。 图 3 实验仪器 1．SF-8607 基础电流平衡仪（图 3） （1）主部件； （2）六块不同长度的导线板； （3）可装六块磁铁的磁铁组合。 图 4 2． SF-8608 电流平衡组合（图 4） （1）电流平衡附件； （2）磁铁组合件。 3．电源 0-5A。 4．电流表。 5．精度为 0.01g 的四通道称。 6．实验接线图。（图 5） 3
7.不同长度的线路板编号。 Power Supply Ammeter 0-5A (Max.) Current Loop Length 世 SF40 1.2cm Base Unit SF37 2.2cm SF39 3.2cm SF38 4.2cm 图5 SF41 6.4cm SF42 8.4cm 实验提示 BF-8608电流平衡组合也能固定角度而改变电流，从而测定电流与力的对应关系。 注意事项 1.通过SF-8608电流平衡组合的电流量，最大不能超过2A。 2.当贮藏SF-8607基础电流平衡仪的磁铁时，为了保持最大的磁场强度，建议磁铁块交替 排列，即一块磁铁的北极紧挨下一块磁铁的南极。而SF-8608电流平衡组合的磁铁组合， 有一保管盒，盒上有一软铁横穿过磁铁的极端，有助于磁铁磁场的保存。 说明 1.可用电子称代替四通道称。对研究力与电流，导线长度，磁场强度和导线与磁场之间 的夹角关系的研究没根本性的突破，只是利用电子称可去除皮重，测出的质量即直接 作为力，省去一运算过程。 2.我们利用平衡时读得的质量（克）作为测得的力，而大多数学者都知道质量是正比于 确定的力，由公式=g给定。如果要得到确切力的量值，直接用测得的质量乘以 0.0098N/g,得到以牛顿为单位的力量值，或者乘以980/g,将得到以达因为单位的量值
7．不同长度的线路板编号。 图 5 Current Loop Length SF40 1.2cm SF37 2.2cm SF39 3.2cm SF38 4.2cm SF41 6.4cm SF42 8.4cm 实验提示 BF-8608 电流平衡组合也能固定角度而改变电流，从而测定电流与力的对应关系。 注意事项 1． 通过 SF-8608 电流平衡组合的电流量，最大不能超过 2A。 2． 当贮藏 SF-8607 基础电流平衡仪的磁铁时，为了保持最大的磁场强度，建议磁铁块交替 排列，即一块磁铁的北极紧挨下一块磁铁的南极。而 SF-8608 电流平衡组合的磁铁组合， 有一保管盒，盒上有一软铁横穿过磁铁的极端，有助于磁铁磁场的保存。 说明 1． 可用电子称代替四通道称。对研究力与电流，导线长度，磁场强度和导线与磁场之间 的夹角关系的研究没根本性的突破，只是利用电子称可去除皮重，测出的质量即直接 作为力，省去一运算过程。 2． 我们利用平衡时读得的质量（克）作为测得的力，而大多数学者都知道质量是正比于 确定的力，由公式 F=mg 给定。如果要得到确切力的量值，直接用测得的质量乘以 0.0098N/g，得到以牛顿为单位的力量值，或者乘以 980/g，将得到以达因为单位的量值。 4
