楞次定律實(shí)驗(yàn)演示儀的制作及其應(yīng)用

(1. 江蘇省南京市河西外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,江蘇 南京 210019；2. 江蘇省南京市建鄴高級(jí)中學(xué),江蘇 南京 210019)

楞次定律是高中階段較為抽象的物理規(guī)律之一,對(duì)感應(yīng)電流的方向的判斷有較高要求。現(xiàn)行教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要借助電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向,在教師的指引下,多數(shù)學(xué)生能夠?qū)㈦娏饔?jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電流的方向,從而探究出楞次定律,但仍有部分學(xué)生思維容易混亂,針對(duì)此情況筆者制作出能夠直觀顯示感應(yīng)電流方向的教學(xué)儀器,對(duì)突破楞次定律這一學(xué)習(xí)難點(diǎn)非常有幫助。

1 實(shí)驗(yàn)原理

如圖1所示,發(fā)光二極管(LED)的工作電壓約為1.8V,在電路中接入1.5V的干電池,此時(shí)二極管不會(huì)發(fā)光。磁鐵從線圈中拔出或插入時(shí),會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(約0.3V)。當(dāng)感應(yīng)電流與二極管所在電路電流方向一致時(shí),二極管發(fā)光,顯示出此時(shí)感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)的方向。

圖1

2 實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備及制作

圖2

實(shí)驗(yàn)器材為：紅黃發(fā)光二極管各11只、KT板5塊、1號(hào)干電池兩節(jié)、線圈和磁鐵等。

如圖2所示，用小刀在KT板上鏤空出感應(yīng)磁場(chǎng)和感應(yīng)電流的形狀,在鏤空位置插入發(fā)光二極管,兩種顏色二極管位置依據(jù)右手定則確定。將紅黃二極管同色并聯(lián),依據(jù)圖1的原理將電池和線圈接入電路,在演示板表面覆蓋一層A4紙張,最后用膠槍固定、封裝。

3 演示儀在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

本節(jié)課是在傳統(tǒng)的楞次定律教學(xué)思路上加上創(chuàng)新設(shè)計(jì),確定的教學(xué)思路為：引入—演示實(shí)驗(yàn)—填寫(xiě)表格—規(guī)律總結(jié)—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)—鞏固練習(xí)。

表1

(1) 引入：回顧電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn),思考感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定？遵循什么規(guī)律？

(2) 演示實(shí)驗(yàn)：利用磁鐵、線圈和電流計(jì),通過(guò)電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)判斷感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的方向。

(3) 填寫(xiě)表格：表格的填寫(xiě)依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)(如表1)。

(4) 規(guī)律總結(jié)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的變化。

(5) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

① 介紹實(shí)驗(yàn)器材和工作原理。

② 實(shí)驗(yàn)演示。如圖3所示,將N極插入時(shí),演示板上的紅色LED亮起,此時(shí)紅色箭頭顯示感應(yīng)磁場(chǎng)的方向向上,感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針；將N極拔出時(shí),黃色LED亮起,此時(shí)黃色箭頭顯示出感應(yīng)磁場(chǎng)的方向向下,感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針(黃色燈光較暗需關(guān)閉其他光源)。對(duì)比分析表1,可以發(fā)現(xiàn),感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的變化。同理將S極插入或拔出時(shí),也能得到相同的結(jié)論。

圖3

③ 實(shí)驗(yàn)反思。演示儀是利用楞次定律制作的,這也算是對(duì)楞次定律的一個(gè)應(yīng)用,學(xué)以致用,利用學(xué)過(guò)的知識(shí)幫助學(xué)生理解,是知識(shí)遷移的重要體現(xiàn)。

(6) 鞏固練習(xí)：結(jié)合人教版書(shū)中“問(wèn)題與練習(xí)”1和4幫助學(xué)生鞏固所學(xué)內(nèi)容。

4 實(shí)驗(yàn)中值得改進(jìn)之處

在設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)存在以下改進(jìn)之處：(1) 除紅色LED外,其他顏色的LED比較暗淡；(2) 由于插入和拔出時(shí)間很短,因此該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分短暫,需多次演示,反復(fù)觀看。

5 結(jié)語(yǔ)

本演示儀設(shè)計(jì)的初衷是幫助邏輯思維能力不強(qiáng)或空間想象力薄弱的學(xué)生,無(wú)需再通過(guò)電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)判斷感應(yīng)電流的方向,幫助學(xué)生理解和掌握楞次定律，在課堂教學(xué)中應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果。