楞次定律實驗設計

施朝群 朱向陽

(信豐中學 江西 信豐 341600)

上世紀80年代至今，各種版本的教材中，都是利用磁鐵插入和拔出線圈的實驗方法，通過觀察感應電流的方向去判斷感應電流的磁場方向，從而分析得出楞次定律.這種實驗設計讓學生通過觀察感應電流的方向去判斷感應電流的磁場方向，而又總結(jié)出由感應電流的磁場方向去判斷感應電流方向的規(guī)律，其邏輯關(guān)系使學生在認識上感到相當困惑.

筆者利用“來躲離追”現(xiàn)象設計楞次定律實驗，實驗現(xiàn)象直接反映“感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化”，從而得出楞次定律.經(jīng)教學實踐證明，新的實驗設計使楞次定律的教學層次變得簡單明了、邏輯性強，符合學生的認知規(guī)律，利于學生對定律的理解和掌握.

1 設計思想

用釹鐵硼超強磁鐵靠近或離開可靈活移動的線圈時，線圈中感應電流激發(fā)的磁場由于阻礙引起感應電流的磁通量的變化，迫使線圈跟隨磁鐵同向運動，形成“來躲離追”的現(xiàn)象.根據(jù)磁極間相互作用規(guī)律，直接判斷出感應電流的磁場方向，從感應電流的磁場方向與原磁場方向之間的關(guān)系，總結(jié)出楞次定律.

2 制作材料

8 cm×8 cm×2 cm釹鐵硼超強磁鐵(學生實驗可用5 cm×5 cm×1 cm規(guī)格)1塊，塑料材質(zhì)的玩具小車1個，寬100 mm的PVC線槽板蓋1根(電工敷設線路用材)，寬38 mm的PVC線槽板1根，紅、藍光5 mm LED各 1個，直徑0.5 mm漆包線、直徑0.1 mm漆包線，中性筆筆芯等.

3 裝置制作

楞次定律實驗裝置設計為“楞次定律演示車”和“楞次定律實驗車”，前者用于教師教學演示楞次定律現(xiàn)象，后者用于學生分組實驗探究楞次定律.

3.1 楞次定律演示車的制作

把小車上含鐵磁類的部件和其他多余部分去除干凈，車輪軸換用粗細合適的銅線.用直徑0.1 mm漆包線繞成3 000匝左右的線圈，線圈直徑約10 cm，并用鋁片固定在線槽盒上.線圈的2根線頭與2個反向并聯(lián)的LED連接，LED安裝在豎直薄板上，薄板固定在線槽盒上，再用膠帶把線槽盒固定在小車上.在長20 cm的PVC水管的一端固定1段鐵棒，鐵棒吸附在磁鐵上，水管便成使用方便的磁鐵手柄.把小車放在寬10 cm的PVC線槽板蓋或平滑桌面上，即可進行實驗演示，如圖1所示.

圖1

3.2 楞次定律實驗車的制作

如圖2所示，用直徑0.5 mm漆包線繞成100匝左右的閉合線圈，線圈直徑約7 cm，并用鋁片和膠帶固定在線槽盒(去除盒蓋)上.在平滑的桌面上放2根中性筆筆芯(去除筆頭)，把帶線圈的線槽盒放在筆芯上，以筆芯代替車輪減小摩擦.

圖2

4 實驗方法

“楞次定律演示車”用于教師演示楞次定律現(xiàn)象，實驗呈現(xiàn)線圈與磁鐵之間“來躲離追”和感應電流使LED發(fā)光的現(xiàn)象；“楞次定律實驗車”用于學生分組探究楞次定律，實驗只呈現(xiàn)線圈與磁鐵之間 “來躲離追” 的現(xiàn)象.

把磁鐵(N或S極)由遠漸近推向線圈(不與線圈接觸)，可看到線圈和小車跟隨磁鐵同向運動(圖1中還可看到其中一個LED發(fā)光).實驗現(xiàn)象表明線圈中產(chǎn)生了感應電流，感應電流使線圈與磁鐵相對端形成的磁極，與磁鐵的磁極同名.說明感應電流的磁場是“反抗”原磁通量的增加.

把磁鐵(N或S極)靠近線圈，然后向外拉動，使磁鐵離開線圈，可看到線圈和小車跟隨磁鐵同向運動(圖1中還可看到其中另一個LED發(fā)光)，實驗現(xiàn)象表明線圈中產(chǎn)生了感應電流，感應電流使線圈與磁鐵相對端形成的磁極，與磁鐵的磁極異名.說明感應電流的磁場是“補償”原磁通量的減少.

分析、綜合上述實驗現(xiàn)象，可得出楞次定律：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.

楞次定律的應用――驗證感應電流的方向.先利用楞次定律和安培定則理論分析、判斷：當磁鐵(N或S極)快速移近或離開“楞次定律演示車”的線圈時(告知學生線圈的繞向)，判斷出線圈中感應電流的方向，根據(jù)LED的單向?qū)щ娦?，確定圖1中2個反向并聯(lián)的LED發(fā)光情況.然后使磁鐵(N或S極)快速移近或離開線圈，根據(jù)2個反向并聯(lián)的LED實際發(fā)光情況，可驗證理論判斷的感應電流方向是正確的.