自制楞次定律方向指示仪

2017-11-16熊建文

物理通报 2017年11期

关键词：楞次定律感应电流箭头

苏缦熊建文

(华南师范大学物理与电信工程学院广东广州 510006)

自制楞次定律方向指示仪

苏缦熊建文

(华南师范大学物理与电信工程学院广东广州 510006)

楞次定律这一节课对感应电流方向的判断要求很高，学生较难通过现行教材中的实验设计对感应电流方向进行直观判断．为此，笔者通过自制教具，使学生能在磁通量变化过程中直观地观察线圈中感应电流方向和感应磁场方向，使楞次定律在学生思维信息加工过程中更容易被概括．

楞次定律方向指示仪实验

现行各种版本的教材中，对楞次定律的演示实验都是利用磁铁插入、拔出闭合线圈的方法，通过记录线圈中感应电流方向和感应磁场方向，由此归纳出楞次定律．但是在演示过程中，学生对线圈中感应电流方向和感应磁场方向的准确判断还存在一定难度．电流方向的观察要处理好检流计指针偏转方向和电流方向的关系、线圈绕向与电流方向的关系[1]．虽然学生对右手定则是较熟悉的，但是磁场方向的判断是以电流方向为基础的，又是较为抽象的，这也造成了学生判断感应磁场方向的困难．因此，学生较难通过现行教材中的实验操作对楞次定律进行正确归纳．

为了更好地进行教学，笔者自制了一个能指示闭合线圈中电流方向和磁场方向的指示仪，为演示实验提供了感性材料，使楞次定律在学生思维信息加工过程中更容易被概括．

1 指示仪的原理

本指示仪利用发光二极管的单向导电性来指示线圈中交替变化的电流方向[2]，考虑到线圈产生的电流较小，所以笔者在电路中接入运算放大器(置于装置后面)将电流放大，制作了镂空的箭头形状，再将红、蓝两种发光二极管分别放入箭头进行点亮，生动地模拟了感应电流方向和感应磁场方向．

如图1所示，面板上有一个带有线圈的电路图，下面小车上装有实物的线圈⑤．当改变闭合线圈中的磁通量时，面板上红色箭头①指示了线圈中感应电流的方向,蓝色箭头③指示了对应的感应磁场方向．同时，小车与磁铁的“不离不弃”能使学生对楞次定律中的“阻碍”作用获得形象具体的认识．

图1 方向指示仪实物图

2 指示仪的制作

2.1发光面板的制作

取一个长35 cm，宽30 cm的薄木板，在木板上雕刻出18个镂空的箭头(粗1 cm)即图1中的①③．分别将5 mm红色、蓝色的发光二极管并联接入如图2的放大电路中，再将连接好的发光二极管分别放入镂空的箭头里面．取一张与面板同样大小的白纸，用黑色水笔在中间画出一个线圈的电路图，即图1中的②．将画有电路图的白纸固定在面板的正面以挡住后面镂空的箭头．

图2 发光面板的内部电路图

2.2底座框架的制作

用长40 cm，宽10 cm的木板作为底座．把木板竖直地固定在底座上，形成高35 cm，宽30 cm的框架，再把做好的面板竖直固定在框架里面[3]．

2.3小车的制作

取长12 cm，宽7 cm的kt板和透明板作为小车的底部，用两根直径为2 mm的木棍作为车轴用小圆筒固定在底部，再装上4个半径为1 cm的轮子．小车的中间固定漆包线(厚0.7 mm)绕成的线圈(约1 500匝)．

2.4原磁场的制作

用2个圆柱形钦铁硼磁铁(D50×30 mm)组成的强磁体，用红、蓝色的纸皮包在强磁铁的表面，蓝色一端是S极，红色一端是N极．根据初中所学知识，可知磁体场内部磁场方向是从S极到N极，再用白纸皮做成一个长30 mm的箭头并固定在磁铁上以表示原磁场的方向．

3 楞次定律演示实验

如图3所示，闭合装置后面的开关，将磁铁N极插入线圈时，导线上红色箭头指示了线圈电流的方向是逆时针的，线圈周围的蓝色箭头指示了磁场的方向是向左的，对比原磁铁上面的白色箭头可知：感应磁场方向与原磁场方向相反．当磁铁N极拔出线圈时(图4)，此时感应电流的方向是顺时针的，感应磁场的方向是向右的，感应磁场方向与原磁场方向相同．当用S极插入或拔出线圈时，出现的现象则相反(图略)．