安培力的演示实验二

安培力的演示实验

目的：观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。

观察磁聚焦现象实验目的：演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力和磁场对电子束的聚焦作用。

视错觉演示实验目的：通过对物理现象的观察与实验，深入了解人体的感觉机制。本实验就是观察光的视错觉现象。

弹性球碰撞演示实验目的：

1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。

2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。

3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。

安培力的演示实验仪器：

①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。④是双道滑轨。⑤是载流直导体。⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。⑦是通电接线柱。⑧是底座。

光电效应实验器材：光电效应演示仪器

磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪

①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱

上的顶丝。③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。④是双道滑轨。⑤是载流直导体。⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。⑦是通电接线柱。⑧是底座。

光电效应实验器材：光电效应演示仪器

磁聚焦现象实验器材：磁聚焦现象演示仪

②

③视错觉演示实验器材：视错觉演示仪

④

⑤1、转速为10转/分的电机，带动直径为1.5cm的竖直圆柱沿一定方向转动。

2、圆柱上端有一固定梯形平面窗。

弹性球碰撞演示实验器材：碰撞球实验仪

安培力的演示实验原理：

通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。实验发现，对直导线，安培力的大小与方向由下式表示：可见，力、电流和磁场三者成右手法则。当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。即：伸直左手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。

观察磁聚焦现象实验原理：

如图1所示，当带电粒子沿与磁场成角方向以速度斜向进入磁场时，磁场对其的分运动作用，使之在垂直的平面内作匀速率圆周运动，磁场对的分运动无作用，粒子在沿方向上作匀速直线运动。结果带电粒子沿方向作螺旋线运动。

⑥

⑦带电粒子的回旋半径：（1）

带电粒子的回旋周期：（2）

带电粒子的螺距：（3）

从式（2）可知，带电粒子的回旋周期与速度大小无关。

图2

设有许多速度大小相同、方向各异的带电粒子组成的带电粒子束从点出发，如图2所示。因为带电粒子的回旋周期与带电粒子的速度无关，所以，所有带电粒子将同时回到所在的那条母线上。又由于各带电粒子速度方向各异即不同，其各不相同，因此在同一时间内，它们沿母线前进的距离不等，即这些粒子不能会聚于点。

但当带电各粒子的角均很小时，，。则从出发的带电各粒子将在时间内前进相同距离

（4）

而会聚于点，此即“磁聚焦”。电子显微镜中的“磁透镜”就是根据此原理而制成的。

视错觉演示实验原理：

当人或动物观察物体时，基于经验主义或不当的参照形成的错误的判断和感知。

“角度感”、“形象感”、“立体感”等协同工作，并把图像根据摄入的信息在大脑虚拟空间中还原，还原等于把图像往外又投了出去（图三）。虚拟位置能大致与原实物位置对准，这才是我们所见到的景物（图四）。上图为人的视觉成像经过。当外界物体反射来的光线带着物体表面的信息经过角膜、房水，由瞳孔进入眼球内部，经聚焦在视网膜上形成物象（图一）。物象刺激了视网膜上的感光细胞，这些感光细胞产生的神经冲动，沿着视神经传入到大脑皮层的视觉中枢，即大脑皮层的枕叶部位，在这里把神经冲动转换成大脑中认识的景象（图二）。这些景象的生成已经经过了加工。

弹性球碰撞实验原理：

由动量守恒和能量守恒原理可知，两个等质量刚性球弹性正碰时，它们将交换速度。此装置使人们可自由组合联球个数，进行不同质量的交换速度碰撞的实验。在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。设两个球 A 、 B 质量均为m ，A 被抬起，而后回到最低点处的速度为v0, 发生碰撞后两球的速度分别为v1,v2, 应用动量守恒定律有：mv0=mv1+mv2 ；应用能量守恒定律有：mv02/2=mv12/2+mv22/2 两式联立解得：mv1=0,mv2=v0 发生弹性碰撞后，被碰撞的小球具有了与碰撞小球同样大小的速度，而碰撞小球则停止。理解了这一过程，多个小球碰撞时可以进行同样的分析，实验现象就不难理解了。事实上，由于两小球碰撞并非理想的弹性碰撞，还是有能量损失的，所以最后小球还是要停下来。

安培力的演示实验操作与现象：

1．将载流直导体铜棒水平放在支承导轨上，并调节其水平位置，使铜棒在马蹄形磁铁的磁场中间。

2．接通电源并观察载流直导体铜棒在导轨上滑动的方向。

3．改变电流流通的方向（电源后面板的红色开关），此时，载流铜棒将在导轨上沿相反方向滑动。

4．通过底座导轨的滑块移动马蹄形磁铁，使磁场相对载流铜棒移动，可以观察到载流铜棒也跟着一起运动。

观察磁聚焦现象实验操作：

1．打开电源开关，预热3分钟，在示波管显示屏上出现电子束光斑。记住光斑形状。

2．调节灰度及位移旋钮，使光斑位于显示屏中央且灰度适中。

3．打开聚焦线圈磁场开关，则观察到在线圈的磁场作用下，电子束光斑会聚于显示屏中间一点，并与关闭磁场开关时的电子束光斑比较。

4．移动聚焦磁场线圈，仔细观察，可以看到，电子束的螺旋轨迹和光斑会聚过程。

5．关闭聚焦线圈电源即关闭磁场开关，外加一永久磁铁，将会观察到电子束在洛仑兹力的作用下产生偏转的现象。