楞次定律实验演示仪的制作及其应用

(1. 江苏省南京市河西外国语学校,江苏 南京 210019；2. 江苏省南京市建邺高级中学,江苏 南京 210019)

楞次定律是高中阶段较为抽象的物理规律之一,对感应电流的方向的判断有较高要求。现行教材中的实验设计需要借助电流计指针的偏转来判断感应电流的方向,在教师的指引下,多数学生能够将电流计指针的偏转方向转换成感应电流的方向,从而探究出楞次定律,但仍有部分学生思维容易混乱,针对此情况笔者制作出能够直观显示感应电流方向的教学仪器,对突破楞次定律这一学习难点非常有帮助。

1 实验原理

如图1所示,发光二极管(LED)的工作电压约为1.8V,在电路中接入1.5V的干电池,此时二极管不会发光。磁铁从线圈中拔出或插入时,会产生感应电流和感应电动势(约0.3V)。当感应电流与二极管所在电路电流方向一致时,二极管发光,显示出此时感应电流和感应磁场的方向。

图1

2 实验器材准备及制作

图2

实验器材为：红黄发光二极管各11只、KT板5块、1号干电池两节、线圈和磁铁等。

如图2所示，用小刀在KT板上镂空出感应磁场和感应电流的形状,在镂空位置插入发光二极管,两种颜色二极管位置依据右手定则确定。将红黄二极管同色并联,依据图1的原理将电池和线圈接入电路,在演示板表面覆盖一层A4纸张,最后用胶枪固定、封装。

3 演示仪在课堂教学中的应用

本节课是在传统的楞次定律教学思路上加上创新设计,确定的教学思路为：引入—演示实验—填写表格—规律总结—创新实验—巩固练习。

表1

(1) 引入：回顾电磁感应实验,思考感应电流的方向由哪些因素决定？遵循什么规律？

(2) 演示实验：利用磁铁、线圈和电流计,通过电流计指针的偏转判断感应电流和磁场的方向。

(3) 填写表格：表格的填写依据上述实验(如表1)。

(4) 规律总结：感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化。

(5) 创新实验过程如下：

① 介绍实验器材和工作原理。

② 实验演示。如图3所示,将N极插入时,演示板上的红色LED亮起,此时红色箭头显示感应磁场的方向向上,感应电流的方向为逆时针；将N极拔出时,黄色LED亮起,此时黄色箭头显示出感应磁场的方向向下,感应电流的方向为顺时针(黄色灯光较暗需关闭其他光源)。对比分析表1,可以发现,感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化。同理将S极插入或拔出时,也能得到相同的结论。

图3

③ 实验反思。演示仪是利用楞次定律制作的,这也算是对楞次定律的一个应用,学以致用,利用学过的知识帮助学生理解,是知识迁移的重要体现。

(6) 巩固练习：结合人教版书中“问题与练习”1和4帮助学生巩固所学内容。

4 实验中值得改进之处

在设计和应用实验的过程中，笔者发现存在以下改进之处：(1) 除红色LED外,其他颜色的LED比较暗淡；(2) 由于插入和拔出时间很短,因此该实验现象十分短暂,需多次演示,反复观看。

5 结语

本演示仪设计的初衷是帮助逻辑思维能力不强或空间想象力薄弱的学生,无需再通过电流计指针的偏转判断感应电流的方向,帮助学生理解和掌握楞次定律，在课堂教学中应用达到了预期效果。