楞次定律演示实验的创新

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楞次定律是物理教学中体现“过程与方法”这一具体课程目标的最佳切入点。而人教版普通高中课本《物理》选修3-2第四章第三节“楞次定律”中的实验设计与原教材相同，既复杂又抽象，不利于实验探究，其他的演示实验也没有模拟的过程。

本实验设计利用螺线管配合发光二极管，演示强磁铁迅速插入和拔出螺线管时感应电流方向的变化，再利用磁感线模拟强磁铁进出螺线管时原磁场和感应电流磁场的方向，将抽象变为可视直观，验证了楞次定律，提高了课堂效率。

一、制作实验装置

1.实验装置图

如图1所示，面板上带有磁感线的模拟设计、电路如图。

2.制作材料

圆柱形钕铁硼超强磁铁，大螺线管基槽，0.13mm的铜线500g，红、蓝光5mm的LED灯各4个，长30cm、宽20cm的铝缩板材四块，木方两根，自制模拟磁感线等。

3.制作方法

（1） 制作底座框架

将两根木方用薄角铁制成高8cm的稳定支架，在支架上用螺丝固定铝缩板材，并将四块板材重叠，其中一块作为基材用来安装螺线管、二极管及平面图，其他板材割掉一半，便于观察二极管和电路图；剩余的一半在中间靠右的地方挖成螺线管大小的窟窿，露出螺线管。

五块板材用固定台历的钮钩固定在一起，像一本活页书籍，可以自由翻转。

（2）制作螺线管

用螺线管基槽把铜线有顺序地绕在螺线管上，绕2000匝左右，标出缠绕方向，然后用焊锡固定，留出两根接线柱。

（3）制作二极管电路

红、蓝二极管分别焊在两块电路板上，每块电路板上并联四个LED灯，把两块电路板上的LED灯反接并联，用导线与螺线管连接，形成闭合回路。

（4）制作模拟磁感线

用flash制图，分别画出强磁铁N、S极进入和拔出螺线管时原磁场磁感线、感应电流磁场的磁感线分布，以及模拟闭合回路中磁通量变化过程中原磁场和感应电流的磁场关系，面板上红色磁感线为原磁场磁感应线，黑色磁感线为感应电流磁感线。

（5）制作强磁铁

强磁铁吸附在普通条形磁铁N、S极，即可以区分强磁铁的N极和S极。

二、演示实验

把螺线管、LED电路板固定在铝缩板基材上，磁感线模拟图固定在其他四块板材上便可以进行实验。

1.观察现象，激发求知欲望

首先把磁铁的N（或S）极迅速插入和拔出螺线管，学生会观察到LED灯发光，证明线圈中产生了感应电流；LED灯发光顺序不同，证明感应电流方向不同。学生看到了感应电流产生的过程，激发了探究感应电流方向影响因素的欲望。

2.验证楞次定律

如图2，当N极向下插入螺线管瞬间，面板上右侧蓝色二极管发光，可结合模拟磁感线解释现象：N极向下插入螺线管瞬间，原磁场方向向下，穿过闭合回路的磁通量增加，产生了感应电流，感应电流从蓝色二极管正极进入所以发光，俯视看为逆时针，由右手螺旋定则知感应电流的磁场向上。

如图3，当N极向上拔出螺线管瞬间，面板上左侧红色二极管发光，可结合模拟磁感线解释现象：N极向上拔出螺线管瞬间，原磁场方向向下，穿过闭合回路的磁通量减少，产生了感应电流，感应电流从红色二极管正极进入所以发光，俯视看为顺时针，由右手螺旋定则知感应电流的磁场向上。

如图4，当S极向下插入螺线管瞬间，面板左侧红色二极管发光，可结合模拟磁感线解释现象：S极向下插入螺线管瞬间，原磁场方向向上，穿过闭合回路的磁通量增加，产生了感应电流，感应电流从红色二极管正极进入所以发光，俯视看为顺时针，由右手螺旋定则知感应电流的磁场向下。

如图5，当S极向上拔出螺线管瞬间，面板右侧蓝色二极管发光，可结合模拟磁感线解释现象：S极向上拔出螺线管瞬间，原磁场方向向上，穿过闭合回路的磁通量减少，产生了感应电流，感应电流从蓝色二极管正极进入所以发光，俯视看为逆时针，由右手螺旋定则知感应电流的磁场向上。

三、实验结论

当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。

由此引导学生进一步分析得出“增则反，减则同”，并将此概括为“阻碍变化”，进而概括出楞次定律的内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。