楞次定律演示實驗的創(chuàng)新

楞次定律是物理教學(xué)中體現(xiàn)“過程與方法”這一具體課程目標的最佳切入點。而人教版普通高中課本《物理》選修3-2第四章第三節(jié)“楞次定律”中的實驗設(shè)計與原教材相同，既復(fù)雜又抽象，不利于實驗探究，其他的演示實驗也沒有模擬的過程。

本實驗設(shè)計利用螺線管配合發(fā)光二極管，演示強磁鐵迅速插入和拔出螺線管時感應(yīng)電流方向的變化，再利用磁感線模擬強磁鐵進出螺線管時原磁場和感應(yīng)電流磁場的方向，將抽象變?yōu)榭梢曋庇^，驗證了楞次定律，提高了課堂效率。

一、制作實驗裝置

1.實驗裝置圖

如圖1所示，面板上帶有磁感線的模擬設(shè)計、電路如圖。

2.制作材料

圓柱形釹鐵硼超強磁鐵，大螺線管基槽，0.13mm的銅線500g，紅、藍光5mm的LED燈各4個，長30cm、寬20cm的鋁縮板材四塊，木方兩根，自制模擬磁感線等。

3.制作方法

（1） 制作底座框架

將兩根木方用薄角鐵制成高8cm的穩(wěn)定支架，在支架上用螺絲固定鋁縮板材，并將四塊板材重疊，其中一塊作為基材用來安裝螺線管、二極管及平面圖，其他板材割掉一半，便于觀察二極管和電路圖；剩余的一半在中間靠右的地方挖成螺線管大小的窟窿，露出螺線管。

五塊板材用固定臺歷的鈕鉤固定在一起，像一本活頁書籍，可以自由翻轉(zhuǎn)。

（2）制作螺線管

用螺線管基槽把銅線有順序地繞在螺線管上，繞2000匝左右，標出纏繞方向，然后用焊錫固定，留出兩根接線柱。

（3）制作二極管電路

紅、藍二極管分別焊在兩塊電路板上，每塊電路板上并聯(lián)四個LED燈，把兩塊電路板上的LED燈反接并聯(lián)，用導(dǎo)線與螺線管連接，形成閉合回路。

（4）制作模擬磁感線

用flash制圖，分別畫出強磁鐵N、S極進入和拔出螺線管時原磁場磁感線、感應(yīng)電流磁場的磁感線分布，以及模擬閉合回路中磁通量變化過程中原磁場和感應(yīng)電流的磁場關(guān)系，面板上紅色磁感線為原磁場磁感應(yīng)線，黑色磁感線為感應(yīng)電流磁感線。

（5）制作強磁鐵

強磁鐵吸附在普通條形磁鐵N、S極，即可以區(qū)分強磁鐵的N極和S極。

二、演示實驗

把螺線管、LED電路板固定在鋁縮板基材上，磁感線模擬圖固定在其他四塊板材上便可以進行實驗。

1.觀察現(xiàn)象，激發(fā)求知欲望

首先把磁鐵的N（或S）極迅速插入和拔出螺線管，學(xué)生會觀察到LED燈發(fā)光，證明線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流；LED燈發(fā)光順序不同，證明感應(yīng)電流方向不同。學(xué)生看到了感應(yīng)電流產(chǎn)生的過程，激發(fā)了探究感應(yīng)電流方向影響因素的欲望。

2.驗證楞次定律

如圖2，當N極向下插入螺線管瞬間，面板上右側(cè)藍色二極管發(fā)光，可結(jié)合模擬磁感線解釋現(xiàn)象：N極向下插入螺線管瞬間，原磁場方向向下，穿過閉合回路的磁通量增加，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流從藍色二極管正極進入所以發(fā)光，俯視看為逆時針，由右手螺旋定則知感應(yīng)電流的磁場向上。

如圖3，當N極向上拔出螺線管瞬間，面板上左側(cè)紅色二極管發(fā)光，可結(jié)合模擬磁感線解釋現(xiàn)象：N極向上拔出螺線管瞬間，原磁場方向向下，穿過閉合回路的磁通量減少，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流從紅色二極管正極進入所以發(fā)光，俯視看為順時針，由右手螺旋定則知感應(yīng)電流的磁場向上。

如圖4，當S極向下插入螺線管瞬間，面板左側(cè)紅色二極管發(fā)光，可結(jié)合模擬磁感線解釋現(xiàn)象：S極向下插入螺線管瞬間，原磁場方向向上，穿過閉合回路的磁通量增加，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流從紅色二極管正極進入所以發(fā)光，俯視看為順時針，由右手螺旋定則知感應(yīng)電流的磁場向下。

如圖5，當S極向上拔出螺線管瞬間，面板右側(cè)藍色二極管發(fā)光，可結(jié)合模擬磁感線解釋現(xiàn)象：S極向上拔出螺線管瞬間，原磁場方向向上，穿過閉合回路的磁通量減少，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流從藍色二極管正極進入所以發(fā)光，俯視看為逆時針，由右手螺旋定則知感應(yīng)電流的磁場向上。

三、實驗結(jié)論

當穿過線圈的磁通量增加時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反；當穿過線圈的磁通量減少時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相同。

由此引導(dǎo)學(xué)生進一步分析得出“增則反，減則同”，并將此概括為“阻礙變化”，進而概括出楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。