利用發光二極管探究感應電流的方向

　　人民教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-2的第五章第3節中，利用條形磁鐵、線圈、電流表、導線探究感應電流的方向。其中電流表的作用是顯示電流的方向，當然實驗之前必須弄清楚線圈導線的繞向及電流方向、指針擺動的方向與電流表紅、黑接線柱的關系。在選修3-1的第二章第3節中，課本通過如圖1所示的晶體二極管的伏安特性曲線介紹了晶體二極管的單向導電性，在此啟發下，筆者對利用發光二極管探究感應電流的方向進行了嘗試。
　　一、實驗目的
　　利用發光二極管探究感應電流的方向。
　　二、實驗器材
　　BD-Ⅱ型“百拼電子世界”套材，線圈，釹鐵硼強磁鐵，鐵芯，兩根導線。
　　三、實驗原理
　　圖2為實驗的原理圖，發光二極管具有單向導電性，當釹鐵硼強磁鐵插入或者拔出線圈時，線圈中會產生感應電流，如果綠色發光二極管閃亮，則感應電流的方向為a流向b，如果紅色發光二極管閃亮，則感應電流的方向為b流向a，由此可以判斷出當釹鐵硼強磁鐵的N極或者S極分別插入或者拔出線圈時產生的感應電流的方向，進而得出楞次定律。
　　四、實驗操作步驟
　　1.如圖3所示，用“百拼電子世界”套材拼搭發光二極管的并聯電路。“百拼電子世界”套材將電子元件制作成多彩的ABS元件塊，采用了獨特的子母扣電路安全導接，并設置DIY自助學習功能，如圖4所示，可以使教師或者學生很快入門，并在很短的時間內將電路拼搭完畢。
　　2.由于釹鐵硼強磁鐵比較短小，為了操作的簡便，可以將釹鐵硼強磁鐵與鐵芯組合使用，如圖5所示。用導線將線圈連接到電路中，與發光二極管構成閉合回路，如圖6所示。至此實驗儀器組裝完成。
　　3.教師或者學生利用儀器進行探究實驗。實驗的情況有四種，分別是N極插入和拔出線圈，S極插入和拔出線圈，在實驗操作過程中完成下表：
　　4.由上表總結得出線圈中的磁通量的變化和感應電流的磁場的關系，進而得出楞次定律。
　　五、幾點說明
　　1.發光二極管正常發光，其正向電流需要達到10 mA，由于普通的條形磁鐵產生的磁場強度較弱，線圈中產生的感應電流無法達到這一數值，因此該實驗中需要用到磁性較強的釹鐵硼強磁鐵。但是釹鐵硼強磁鐵一般都未明確標出磁鐵的南北極，因此實驗之前教師應當用字母或者顏色標明南北極，以便順利開展實驗。
　　2.發光二極管除了具有單向導電性外，導電時還能發光，體積小巧，顏色鮮艷，節省電能，因此在家用電器中大量使用發光二極管做指示燈，所以有必要讓學生認識并簡單使用發光二極管，同時為選修3-2第六章“傳感器”的學習打下堅實的基礎。
　　3.BD-Ⅱ型“百拼電子世界”套材是國家五部委主辦的全國青少年電子制作錦標賽唯一的競賽套材。學生通過電路的設計與制作促進創新精神的培養和動手能力的提高，使學生在自助娛樂的過程中實現對深奧的物理世界與電子世界的基本認識和實際把握，進而激發探究科學的興趣和志向。
　　（作者單位 浙江省臺州黃巖第二高級中學）