陈果

在人教版普通高中课程标准实验教科书物理（选修3-1）“通电导线在磁场中受到的力”一节中，安排有通电环形导线相互作用的实验作业题。在实验中，由于需用有毒的水银作导体，有一定的安全隐患，不利于学生开展实验。

我用铜片代替水银作为导体，设计制作了通电环形导线相互作用实验装置，既能避免水银对人体造成危害，又取得了良好的实验效果。

一、装置结构

装置主要由环形导线、铜片、升降机构、感应线圈和竖直面板等组成，如右图所示。

环形导线是用直径约为1mm的漆包线绕制成的直径约为40mm、匝数为40匝左右的弹簧螺线管，各匝间距约为2mm。

将环形导线的上端线头固定在竖直面板上端的螺丝上，使下端线头穿过一个红色小球（用于观察环形导线的振动情况）。将用钢筋弯曲而成的U形铁芯倒插在环形导线里，并让U形铁芯的上端挂在竖直面板上端的螺丝上。

升降机构由升降杆、手轮和外筒构成，并被固定在底座中央，用于导电的铜片被固定在升降杆上端。通过转动手轮可调节铜片与环形导线下端线头的间距。

竖直面板的下端被固定在底座的侧面，上端安装有一颗螺丝，用于固定环形导线和吊挂U形铁芯。

感应线圈由一个高亮度的LED与边长约8cm、匝数为30匝的线圈串联而成，实验时可套在竖直面板的上端。

二、实验方法

调节升降机构上的手轮，使环形导线的下端线头与铜片相距约2mm，用一个6V的蓄电池作为电源，用导线把电源的一个电极与环形导线上端的固定螺丝连接，再用导线把电源的另一个电极与升降杆上的铜片连接。

提起环形导线下端的小球，然后放开让其自由下落，環形导线的下端便会撞击铜片，并产生电流，可以看到环形导线上下振动、感应线圈上的LED断续发光。

之所以上下振动是因为各相邻环形导线中的电流方向相同，各自产生的磁场相互吸引，使环形导线收缩，电路断开。因电流消失，环形导线之间的相互作用消失，环形导线恢复原来的状态，电路又被接通。这个过程反复出现，使环形导线形成上下振动、电路交替通断的现象。

LED断续发光的原因是，环形导线中的电流交替通断，激发出变化的磁场，变化的磁场穿过闭合的感应线圈，在线圈中产生交变电流，并驱动单向导电的LED断续发光。