電磁學(xué)安培定則基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書一、實驗名稱安培定則（右手螺旋定則）的探究與應(yīng)用二、實驗?zāi)康?.深入理解電流周圍存在磁場這一基本電磁現(xiàn)象。2.掌握安培定則（右手螺旋定則）的兩種基本表述，并能熟練運用其判斷直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管周圍磁場的方向。3.通過實驗觀察，直觀感受電流方向與磁場方向之間的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)動手操作能力與空間想象能力。4.初步體會控制變量法在物理實驗中的應(yīng)用，提升分析和解決簡單物理問題的能力。三、實驗原理通電導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場，這一現(xiàn)象被稱為電流的磁效應(yīng)。磁場的方向與電流的方向密切相關(guān)，安培定則（右手螺旋定則）正是用來描述這一方向關(guān)系的重要工具。其核心思想是利用右手的特定手勢來模擬電流方向與磁場磁感線方向之間的螺旋關(guān)系。具體而言，安培定則有兩種常見應(yīng)用場景：1.直線電流的磁場：伸開右手，讓大拇指與其余四指垂直，且都與手掌在同一平面內(nèi)。若以大拇指指向表示直線電流的方向，則其余四指彎曲的環(huán)繞方向即為該電流所激發(fā)磁場的磁感線方向（磁場方向）。2.環(huán)形電流（或通電螺線管）的磁場：同樣伸開右手，讓大拇指與其余四指垂直，且都與手掌在同一平面內(nèi)。若使四指彎曲的方向與環(huán)形電流（或通電螺線管線圈中電流）的環(huán)繞方向一致，則大拇指所指的方向即為環(huán)形電流中心軸線上的磁場方向（或通電螺線管內(nèi)部的磁場方向，即螺線管的N極指向）。本實驗將通過小磁針在磁場中受力偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，間接觀察磁場的存在及其方向，并結(jié)合不同形式的電流，驗證安培定則的正確性。四、實驗儀器與材料1.低壓直流電源：提供穩(wěn)定的直流電流，注意輸出電壓應(yīng)在安全范圍內(nèi)。2.直導(dǎo)線：若干，用于形成直線電流。3.螺線管：一個，帶有明顯的繞向標(biāo)識。4.小磁針：若干，用于指示磁場方向。5.開關(guān)：一個，用于控制電路的通斷。6.導(dǎo)線若干：用于連接電路元件。7.方座支架（或鐵架臺）：用于固定直導(dǎo)線或螺線管。8.圓形或方形硬紙板（可選）：中心開孔，用于輔助觀察環(huán)形電流磁場的分布（若使用環(huán)形電流模塊）。9.電源連接線：確保接觸良好。五、實驗內(nèi)容與步驟（一）直線電流的磁場方向判斷1.電路連接：將低壓直流電源、開關(guān)、直導(dǎo)線用導(dǎo)線串聯(lián)起來，形成一個簡單的閉合回路。注意開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，直導(dǎo)線預(yù)留出足夠長度以便懸掛或固定。2.直導(dǎo)線固定：將直導(dǎo)線垂直穿過水平放置的硬紙板（若使用）中心，或用支架將其固定為豎直狀態(tài)，確保其周圍有足夠空間放置小磁針。3.小磁針放置：在直導(dǎo)線周圍的不同位置（如導(dǎo)線正前方、正后方、正左方、正右方以及斜上方等）放置小磁針，確保小磁針初始時能自由轉(zhuǎn)動，并記錄此時各小磁針N極的指向（可視為地磁場作用下的初始指向）。4.通電觀察：閉合開關(guān)，使直導(dǎo)線中有電流通過（注意觀察電流方向，記錄從電源正極流出的電流是向上還是向下通過直導(dǎo)線）。觀察各位置小磁針的偏轉(zhuǎn)情況，待小磁針穩(wěn)定后，記錄其N極所指的方向，此方向即為該點的磁場方向。5.電流反向驗證：斷開開關(guān)，改變電源的正負(fù)極連接，從而改變直導(dǎo)線中的電流方向。再次閉合開關(guān)，觀察并記錄各小磁針N極的新指向。6.應(yīng)用安培定則判斷：根據(jù)所記錄的電流方向，運用安培定則（直線電流情形）判斷直導(dǎo)線周圍磁場的理論方向，并與實驗中觀察到的小磁針N極指向進行對比，分析是否一致。7.整理：斷開開關(guān)，整理實驗器材。（二）通電螺線管的磁場方向判斷1.電路連接：將低壓直流電源、開關(guān)、螺線管用導(dǎo)線串聯(lián)起來。同樣，開關(guān)先斷開。2.螺線管固定與小磁針放置：將螺線管水平或豎直固定在支架上。在螺線管的兩端、內(nèi)部中心以及周圍不同位置放置小磁針。記錄各小磁針在斷電狀態(tài)下的初始指向。3.通電觀察：閉合開關(guān)，使螺線管通電。觀察并記錄螺線管兩端及周圍小磁針穩(wěn)定后的N極指向。特別注意螺線管兩端小磁針的指向差異，以及螺線管內(nèi)部小磁針的指向。4.電流反向驗證：斷開開關(guān)，改變電源正負(fù)極連接以改變螺線管中的電流方向。再次閉合開關(guān)，觀察并記錄各小磁針N極的指向變化。5.應(yīng)用安培定則判斷：根據(jù)螺線管的繞線方向以及所記錄的電流流入、流出方向，運用安培定則（環(huán)形電流/螺線管情形）判斷螺線管兩端的極性（N極和S極），并與實驗中小磁針的指向進行對照。6.整理：斷開開關(guān)，拆除電路，將實驗器材歸位。六、數(shù)據(jù)記錄與處理（一）直線電流部分實驗條件電流方向（直導(dǎo)線中）小磁針位置描述小磁針N極指向（實驗觀察）磁場方向（安培定則判斷）結(jié)論（是否一致）:---------------:-------------------:-------------------:-----------------------:-----------------------:---------------電流方向一（例如：向上）導(dǎo)線正前方導(dǎo)線正后方導(dǎo)線正左方導(dǎo)線正右方電流方向二（反向）（例如：向下）導(dǎo)線正前方導(dǎo)線正后方導(dǎo)線正左方導(dǎo)線正右方（二）通電螺線管部分實驗條件電流流入端/流出端螺線管繞向（從某端看）小磁針位置描述小磁針N極指向（實驗觀察）螺線管極性（實驗判斷）螺線管極性（安培定則判斷）結(jié)論（是否一致）:---------------:----------------:---------------------:-------------------:-----------------------:---------------------:-------------------------:---------------電流方向一（例如：A端流入，B端流出）（例如：順時針）螺線管A端附近螺線管B端附近螺線管內(nèi)部中心電流方向二（反向）（例如：B端流入，A端流出）（例如：順時針）螺線管A端附近螺線管B端附近螺線管內(nèi)部中心數(shù)據(jù)處理與分析：1.對于直線電流，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上以直導(dǎo)線為中心，嘗試用箭頭標(biāo)出各點的磁場方向，并據(jù)此描繪出磁感線的大致形狀（同心圓）。比較不同電流方向下磁感線的環(huán)繞方向。2.對于通電螺線管，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定螺線管的N、S極。分析當(dāng)電流方向改變時，螺線管極性如何變化。比較螺線管內(nèi)部與外部磁場方向的特點。3.將實驗觀察到的磁場方向（小磁針N極指向）與運用安培定則判斷出的理論方向進行逐一比對，分析實驗結(jié)果的可靠性及可能存在的誤差來源。七、注意事項1.安全第一：本實驗使用低壓直流電源，務(wù)必在規(guī)定電壓范圍內(nèi)操作，嚴(yán)禁觸摸裸露導(dǎo)線，防止短路。實驗過程中若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線過熱或其他異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即斷開電源。2.開關(guān)操作：在連接電路或更換元件時，開關(guān)必須處于斷開狀態(tài)。通電時間不宜過長，以免導(dǎo)線發(fā)熱過多。3.小磁針使用：放置小磁針時，應(yīng)遠(yuǎn)離其他磁性物體（包括鐵制支架），避免其受到外界磁場干擾。觀察時待小磁針完全靜止后再記錄方向。4.電流方向記錄：清晰記錄電流從電源正極流出后，通過直導(dǎo)線或螺線管的具體方向，這是運用安培定則判斷的關(guān)鍵。5.螺線管繞向：仔細(xì)辨認(rèn)螺線管的導(dǎo)線繞向（順時針或逆時針），并結(jié)合電流流入端，才能正確應(yīng)用安培定則。6.地磁場影響：實驗應(yīng)在相對安靜、無強磁場干擾的環(huán)境中進行。對于直線電流磁場的觀察，若小磁針偏轉(zhuǎn)角度較小，可考慮其受地磁場與電流磁場共同作用的結(jié)果，可通過改變電流方向觀察偏轉(zhuǎn)方向是否反向來輔助判斷。7.儀器保護：輕拿輕放實驗儀器，特別是小磁針，避免摔落或強烈震動導(dǎo)致磁性減弱或消磁。八、思考題1.當(dāng)直導(dǎo)線中的電流增大時，小磁針的偏轉(zhuǎn)角度會如何變化？這說明了什么？2.若在實驗中，直線電流周圍的小磁針無論電流方向如何，其指向始終不變，可能的原因是什么？3.對于一個給定的通電螺線管，如何僅利用一個已知磁極的小磁針來確定其電流方向？4.安培定則中的“右手螺旋”具體體現(xiàn)在哪些方面？請分別結(jié)合直線電流和環(huán)形電流（螺線管）的情況加以說明。5.試分析在環(huán)形電流中心處，其磁場方向應(yīng)如何用安培定則判斷？（可自行設(shè)計簡單實驗驗證）6.日常生活中，有哪些電器或設(shè)備應(yīng)用了電流的磁效應(yīng)？它們的工作原理是否與安培定則相關(guān)？九、實驗總結(jié)與討論（本部分由學(xué)生在實驗完成后根據(jù)實際情況填寫，包括對實驗現(xiàn)象的總結(jié)、實驗結(jié)論的概括、實驗過程中遇到的問題及解決方法、實驗誤差分析以及對實驗的改進建議等。）1.實驗現(xiàn)象總結(jié)：簡要描述在直線電流和螺線管電流兩種情況下，小磁針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關(guān)系。2.實驗結(jié)論：明確說明本次實