21.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△F/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。