利用發(fā)光二極管探究感應(yīng)電流的方向

　　人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》選修3-2的第五章第3節(jié)中，利用條形磁鐵、線圈、電流表、導(dǎo)線探究感應(yīng)電流的方向。其中電流表的作用是顯示電流的方向，當(dāng)然實(shí)驗(yàn)之前必須弄清楚線圈導(dǎo)線的繞向及電流方向、指針擺動(dòng)的方向與電流表紅、黑接線柱的關(guān)系。在選修3-1的第二章第3節(jié)中，課本通過(guò)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?qū)щ娦裕诖藛l(fā)下，筆者對(duì)利用發(fā)光二極管探究感應(yīng)電流的方向進(jìn)行了嘗試。
　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
　　利用發(fā)光二極管探究感應(yīng)電流的方向。
　　二、實(shí)驗(yàn)器材
　　BD-Ⅱ型“百拼電子世界”套材，線圈，釹鐵硼強(qiáng)磁鐵，鐵芯，兩根導(dǎo)線。
　　三、實(shí)驗(yàn)原理
　　圖2為實(shí)驗(yàn)的原理圖，發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕?dāng)釹鐵硼強(qiáng)磁鐵插入或者拔出線圈時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果綠色發(fā)光二極管閃亮，則感應(yīng)電流的方向?yàn)閍流向b，如果紅色發(fā)光二極管閃亮，則感應(yīng)電流的方向?yàn)閎流向a，由此可以判斷出當(dāng)釹鐵硼強(qiáng)磁鐵的N極或者S極分別插入或者拔出線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向，進(jìn)而得出楞次定律。
　　四、實(shí)驗(yàn)操作步驟
　　1.如圖3所示，用“百拼電子世界”套材拼搭發(fā)光二極管的并聯(lián)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(dú)特的子母扣電路安全導(dǎo)接，并設(shè)置DIY自助學(xué)習(xí)功能，如圖4所示，可以使教師或者學(xué)生很快入門(mén)，并在很短的時(shí)間內(nèi)將電路拼搭完畢。
　　2.由于釹鐵硼強(qiáng)磁鐵比較短小，為了操作的簡(jiǎn)便，可以將釹鐵硼強(qiáng)磁鐵與鐵芯組合使用，如圖5所示。用導(dǎo)線將線圈連接到電路中，與發(fā)光二極管構(gòu)成閉合回路，如圖6所示。至此實(shí)驗(yàn)儀器組裝完成。
　　3.教師或者學(xué)生利用儀器進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中完成下表：
　　4.由上表總結(jié)得出線圈中的磁通量的變化和感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的關(guān)系，進(jìn)而得出楞次定律。
　　五、幾點(diǎn)說(shuō)明
　　1.發(fā)光二極管正常發(fā)光，其正向電流需要達(dá)到10 mA，由于普通的條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流無(wú)法達(dá)到這一數(shù)值，因此該實(shí)驗(yàn)中需要用到磁性較強(qiáng)的釹鐵硼強(qiáng)磁鐵。但是釹鐵硼強(qiáng)磁鐵一般都未明確標(biāo)出磁鐵的南北極，因此實(shí)驗(yàn)之前教師應(yīng)當(dāng)用字母或者顏色標(biāo)明南北極，以便順利開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。
　　2.發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝猓瑢?dǎo)電時(shí)還能發(fā)光，體積小巧，顏色鮮艷，節(jié)省電能，因此在家用電器中大量使用發(fā)光二極管做指示燈，所以有必要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)并簡(jiǎn)單使用發(fā)光二極管，同時(shí)為選修3-2第六章“傳感器”的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　3.BD-Ⅱ型“百拼電子世界”套材是國(guó)家五部委主辦的全國(guó)青少年電子制作錦標(biāo)賽唯一的競(jìng)賽套材。學(xué)生通過(guò)電路的設(shè)計(jì)與制作促進(jìn)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和動(dòng)手能力的提高，使學(xué)生在自助娛樂(lè)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)深?yuàn)W的物理世界與電子世界的基本認(rèn)識(shí)和實(shí)際把握，進(jìn)而激發(fā)探究科學(xué)的興趣和志向。
　　（作者單位 浙江省臺(tái)州黃巖第二高級(jí)中學(xué)）