优化寻找最好的相处方式并测定安培力大小和方向

课程背景

在中学教材中，“探究通电导线受到的力”是一个重要的内容。利用生活中的器材改进现有的实验仪器、开发低成本的测定安培力大小和方向的实验器材有利于培养学生的动手能力，除了有利于课堂教学之外，通过深度参与还能培养学生的科学思维和科学探究能力，做到科学、技术、工程和数学的融合，促进学生核心素养的发展。

课程目标

1.STEM教学目标

（1）科学：通过实验探究和归纳总结影响安培力大小的因素。

（2）技术：通过自制实验器材促进对磁电式电表的工作原理的理解。

2.核心素养目标

（1）科学思维：通过探究使学生形成认识事物的一般科学方法和相应的科学思维。

（2）物理观念：通过探究安培力的影响因素，感受物理知识间的相互联系。

课时安排

共二课时。

第一课时：设计方案。

第二课时：进行探究实验并对实验现象进行归纳、总结。

设计方案

如图16-1所示，用绝缘支架将直导线固定，用强磁铁产生匀强磁场，把通电直导线放入匀强磁场中，导线受到安培力以后，电子秤示数会改变，改变的示数即为导线受到的安培力。当改变导线中的电流、通电导线长度、磁场强弱、导线与磁场的夹角的时候，电子秤的示数就会发生改变，通过控制变量法即可探究影响安培力的因素。

图16-1

合作探究

1.材料

铜导线（截面积2.5mm2，长度16cm），电子秤，强磁铁，学生电源，单刀双掷开关，铁架台等，如图16-2所示。

图16-2

2.制作步骤

（1）按照设计方案安装实验仪器，使用水平仪调节导线至水平位置。(www.zuozong.com)

（2）将铜导线和支架放到电子秤上，把导线接入电路，闭合开关前将滑动变阻器划片调节到阻值最大处。

（3）利用电子秤的校准功能对计数进行清零。

（4）控制变量进行探究实验。

3.实验数据记录及分析（表16-1至表16-4）

表16-1　改变电流时安培力变化情况

表16-2　改变导线的长度时安培力变化情况

表16-3　改变磁铁距离时安培力变化情况

表16-4　改变磁场的方向时安培力变化情况

作品展示与交流

（1）改进后的仪器如图16-3所示，相比传统实验器材实验原理更加简单；

图16-3

（2）巧妙利用电子秤“称量”安培力，实验结果更加直观，结果如图16-4所示。

图16-4

问题及改进

（1）定量测量磁感应强度较难，本实验仅仅做定性分析，导致部分实验数据不够精确。

（2）磁感应强度与导线的夹角测量不够准确，可以加上量角器等器材使角度更加准确。

（3）在初期的测试实验中本仪器个别数据的误差稍大，实验仪器的稳定性有待进一步改进。