利用简单材料 诠释科学魅力

摘 要：楞次定律是高中物理教学中的传统重难点内容，要突破该教学难点，并激发学生内在的求知欲，做好楞次定律演示实验是最有效的手段之一.实验室现有的旋转式J2424型楞次定律演示器，因结构设计有缺陷，致使实验演示现象不明显或不成功.利用低成本材料改进自制的楞次定律演示器，演示现象明显.

关键词：低成本;改进自制;楞次定律;演示器

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）09-0044-02

基金项目：甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度一般自筹课题“跨学科融合开展中学物理实验教学实践研究”（项目编号：GS[2020]GHB2517）.

作者简介：刘荣华（1969-），男，甘肃武都人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理学科教学.

实验室的J2424型楞次定律演示器（如图1），由铝梁、铝环（开口环和闭合环各一只）、带针的支柱及底座组成.铝梁及铝环采用15mm×1mm的铝板制作，铝梁长度约140mm，铝环的直径约55mm.底座底面为圆形，直经为67mm，支柱及底座总高度约100mm.实验过程中发现该仪器存在以下不足：一是铝梁及铝环组成的旋转部分整体质量较大，所以惯性大，运动状态难以改变;二是铝梁的旋转力臂较短，使实验中感应电流所受安培力的转动力矩较小，教师不便于操作，学生（尤其是后排学生）也看不清楚.以上不足导致实验过程中，若使用普通条形磁铁，反复靠近或远离闭合铝环时，铝环转动不明显;若普通条形磁铁反复靠近或远离开口铝环时，铝环未发生转动;但换用强磁铁做实验，靠近或远离闭合铝环时，闭合铝环出现预期效果转动现象明显，但用强磁铁靠近或远离开口铝环时，若仔细观察，会发现开口环也发生轻微的转动[1].针对以上缺点，为保证分别在弱磁铁和强磁铁作用下都可以使楞次定律演示成功，利用低成本材料改进楞次定律演示器，以期利用简单材料，诠释科学魅力.

1 改进所需材料

（1）容积500mL、直径65mm、高170mm的铝质空易拉罐1个（如饮料易拉罐）.

（2）长23cm、直径6mm的红色豆浆吸管1根.

（3）用完油墨的直径约4mm、长约130mm的中性笔芯1支（含帽塞）.

（4）厚度4mm的薄木板1小块.

（5）缝衣针（或大头针）1枚.

（6）圆形强磁铁，直径40mm，厚10mm1个.

（7）直径约30mm，长约20cm的木棒一段.

2 改进与创新过程

2.1 闭合圆环和开口圆环的制作

用剪刀将铝质易拉罐剪成宽度不足1cm的金属铝圆环2只，并将其中的一只金属铝圆环剪开约5mm的开口，开口处再用透明胶带补填粘贴后，就制成了一只开口金属铝圆环.

2.2 横梁的制作与圆环的连接

在长23cm豆浆吸管的中点处用注射器针头切割一小孔（没有刺穿），将两个铝环分别用万能胶固定在吸管两端，使金属铝环圆面与吸管共面，小孔和铝环在吸管同侧.

2.3 底座和带针支柱的制作

将薄木板切割成直径为85mm的圆，圆心处钻一直径为4mm的小孔，作为底座，将中性笔笔尖减掉一部分，内有小孔露出即可，缝衣针穿透帽塞后，针尾插入中性笔笔尖小孔内，再将帽塞套上笔头后，可将缝衣针与笔尖固定在一起，使针尖露出6mm左右.笔芯尾部垂直插入圆形木板的圆心处作为底座上的支柱.把中间戳有小孔的豆浆吸管放在支柱的针尖上，吸管能在水平面内自由转动.改进自制的楞次定律演示器如图2所示.

2.4 带柄强磁铁的制作

将强磁铁的一端与木棒的一端用万能胶粘贴固定在一起，如图3所示.

3 实验演示方法

如图4所示，手持强磁铁的手柄，让圆形强磁铁缓慢地靠近或远离自制楞次定律演示器的闭合铝环时，可观察到闭合铝环也远离或靠近圆形强磁铁，显示了楞次定律中的“阻碍”相对运动现象.实验无需将强磁铁从闭合铝环中快速插入或抽出.若让圆形强磁铁缓慢或快速地靠近或远离自制楞次定律演示器的开口铝环时，则观察到开口铝环均保持静止不动.

4 自制实验装置亮点

（1）用铝质易拉罐剪成的金属铝圆环质量轻，圆环面积大;横梁采用长23cm红色豆浆吸管制作，使整个旋转部分质量轻、力臂长、便于操作且实验现象明显、可视空间大.

（2）实验装置取材容易，制作简单，提高了实验的成功率.在指导学生实验改进和创新的过程中有助于提高学生的物理学科素养.

（3）演示时无需将强磁铁从闭合铝环中快速插入或抽出，只需圆形强磁铁较缓慢地靠近或远离自制楞次定律演示器的闭合铝环时，即可观察到闭合铝环也将明显远离或靠近圆形强磁铁，实验现象重复性好，这样延长了学生的观察时间，使所有学生都能够清楚地观察到实验现象.

5 组织学生参与自制，并开展演示比赛

教学实践表明，课后以学习小组为单位、指导学生进行自制，学生参与的积极性和兴趣都较高.用一个铝质易拉罐可剪出多个宽度不等的金属铝圆环，横梁可用不同长度的豆浆吸管代替，带柄强磁铁各学习小组可以共用，最后将各學习小组改进的楞次定律演示器进行演示比赛评比，最后总结出灵敏度高的楞次定律演示器具备的共同特征：铝环宽度应适当，约1cm，太窄时闭合铝环的内阻较大，演示时产生的感应电流太小，闭合铝环转动不明显;若闭合铝环宽度过大，质量增大，演示时因惯性大，转动不够明显，同时用强磁铁靠近或远离开口铝环时，因产生的涡流使开口铝环也出现微小转动[2].用豆浆吸管做的横梁长度大的比短的转动效果更明显，因横梁长的力臂长，感应电流所受的安培力产生的力矩大，使闭合铝环转动明显，同时因转动半径增大，使铝环的线速度也增大，演示现象明显.

通过学生自制教具比赛活动，除培养了学生的动手能力和合作探究能力之外，更重要的是加深理解了楞次定律、产生感应电流的条件、闭合电路的欧姆定律、惯性、力臂、力矩等知识.

最后，将演示现象较明显的楞次定律演示器注明制作学生、指导老师和时间后，保存在物理实验室以备今后的教学中再次演示使用和探究，这样做使学生获得了一种成就感和自豪感，并将有利于今后组织学生开展教具的自制与改进.体现了一种“做中学、学中思、思中悟、悟中创”的STEAM教育理念在物理教学中的应用.

参考文献：

[1]李广强.由楞次定律演示实验引发的思考[J].中学物理教学参考，2010（32）：76.

[2]刘延贤，王存茂.楞次定律演示器中的横杆为什么会发生轻微转动[J].物理通报，1997（03）：37.

（收稿日期：2020-12-16）