Question

【题目】某物理兴趣小组的同学开展了“通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度的关系”的探究实验。

[提出问题]通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中长度有什么关系呢？

[实验器材]边长AB不同的矩形线圈a、b、c三个，足够宽的U形磁铁、弹簧测力计、电源、开关各一个，足够的导线。

[设计和进行实验]

(1)如图所示，用弹簧测力计测量矩形线圈a的重力，再将a放入磁场中，通电后读出弹簧测力计的示数即线圈受到的拉力大小，比较线圈所受拉力与其重力的大小，发现拉力大于重力，说明通电线圈受到的磁场力的方向是_____的；

(2)换用不同的矩形线圈，重复上述步骤进行实验，每次实验时，控制所研究的线圈边长在磁场中的位置相同，且保持磁场和_____的方向不变，比较线圈所受拉力与其重力的大小；

(3)将三次实验相关数据比较后的结果填入以下表格：

线圈AB边的长L/cm	最短	较长	最长
拉力与重力的差值ΔF/N	最小	较大	最大

[分析与论证]控制实验中的有关变量相同时，根据实验数据进行分析，说明通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越_______；

[提出新问题]为什么上述实验中总是拉力大于重力呢？

[再次设计和进行实验]

甲同学：用同一个线圈，控制其他因素或条件不变，只将________位置互换，实验结果说明拉力小于重力；

乙同学：用另一个线圈，控制其他因素或条件不变，只将线圈中________改变，与甲同学改变的变量不一样，实验结果也说明了拉力小于重力；

[猜想]借助以上实验，该物理兴趣小组的同学将知识迁移，从而提出了以下合理的猜想：通电导体在磁场中所受力的大小，除了与导体在磁场中的长度有关外，还与_______和_____ 有关。

Answer 1

【答案】竖直向下 电流 大 磁铁的磁极 电流的方向 磁场的方向 电流的方向

【解析】

(1)[1]用弹簧测力计测量矩形线圈a的重力，再将a放入磁场中，通电后，读出弹簧测力计示数，发现拉力大于重力，则可判断磁场对线圈a有一竖直向下的力。

(2)[2]实验时，控制所研究的线圈边长在磁场中的位置相同，由控制变量法可知，保持磁场和电流的方向不变，比较线圈所受拉力与其重力的大小。

(3)[3]由表中数据可知，通电导体在磁场中受力的大小与导体在磁场中的长度有关，长度越长，所受的磁场力越大。

[4]甲同学实验，用同一个线圈，控制其他因素或条件不变，只将磁铁的两极位置互换，磁场的方向改变，导体受力的方向改变，拉力小于重力。

[5]乙同学实验，用另一个线圈，控制其他因素或条件不变，将线圈中电流方向改变，导体受力的方向改变，拉力小于重力。

[6][7]由实验现象可知，通电导体在磁场中所受力的大小，除了与导体在磁场中的长度有关外，还与磁场的方向和电流的方向有关。