1 引言

楞次定律是高中物理中的重要內(nèi)容，但是學(xué)生比較難于接受，無論老師怎樣講解，很多學(xué)生還是不能深入地理解其基本原理。必須使用實(shí)驗(yàn)儀器演示，才能更好的說明問題。目前使用的鋁環(huán)楞次定律演示器，演示效果不是十分理想。為能更好的演示楞次定律實(shí)驗(yàn)，我們設(shè)計(jì)了一個新型楞次定律演示器。它制作簡單，實(shí)驗(yàn)演示現(xiàn)象明顯直觀，便于老師講解，讓同學(xué)們學(xué)習(xí)楞次定律時，使深奧難懂的物理規(guī)律變得形象化，從而使同學(xué)們對物理產(chǎn)生深厚的興趣。

2 材料

（1）漆包線（0.49mm)；(2)木板；（3）有機(jī)玻璃管；（4）開關(guān)；（5）發(fā)光二極管；（6）圓形磁鐵；（7）鐵片。

3 制作過程

（1）線圈的繞制。有繞線機(jī)的可以做一個子模，子模的直徑跟玻璃管的直徑一樣大（直徑為3厘米），繞線300匝左右，然后用細(xì)線固定線圈，這樣就制成了一組線圈。共繞制28組線圈（如果沒有繞線機(jī)的，可以直接在玻璃管上繞制，然后用細(xì)線固定線圈，這樣很費(fèi)時間），以備下一步制作。

（2）取一長約1.2米的玻璃管，直徑為3厘米，在玻璃管上每間隔4厘米處套上一個線圈，這樣制成了一根環(huán)繞線圈玻璃管。

（3）制作木架一個，把繞有線圈的一根玻璃管和一根不繞線圈的玻璃管并排安裝在木架上（圖1）。并在木架上均勻安裝28個開關(guān)，在中間位置裝上一排發(fā)光二極管，把開關(guān)、線圈、發(fā)光二極管聯(lián)成串聯(lián)電路，電路如圖2所示。

4 原理

楞次定律就是產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場總要“阻礙”原磁通量的變化。若閉合線圈的磁通量增加，則感應(yīng)電流磁場總要阻礙原磁通量的增加，即感應(yīng)電流磁場的方向就與原磁場的方向相反，當(dāng)磁鐵進(jìn)入線圈時，線圈中的磁通量增加，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相反，阻礙磁鐵進(jìn)入線圈。因此，會造成磁鐵下降的加速度減少，使磁鐵速度增加變慢。若閉合線圈的磁通量減少，感應(yīng)電流磁場就要阻礙原磁通量的減少，即感應(yīng)電流磁場方向會與原磁場的方向相同，阻礙磁鐵從線圈出來。因此，也會造成磁鐵下降的加速度減少，使磁鐵速度增加變慢。新型楞次定律演示器，每一組線圈上都安裝一個開關(guān)，用以切斷或閉合線圈，當(dāng)磁鐵從有線圈的玻璃管中通過時，磁鐵運(yùn)動情況在透明的玻璃管中看得很清楚，當(dāng)開關(guān)打開或閉合時，磁鐵的下降快慢明顯不同，從兩根玻璃管中磁鐵運(yùn)動的速度比較，從而形象清楚地說明了楞次定律中“阻礙”的深奧原理。另外，用發(fā)光二極管顯示線圈中是否有電流，形象地說明線圈中有電流磁場的存在，并說明磁鐵與線圈的能量交換。

5 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）先將儀器上的所有開關(guān)呈斷開狀態(tài)，把兩塊相同的磁鐵從兩根玻璃管的上口處同時無初速釋放，觀察兩塊磁鐵在玻璃管中下降的快慢，可看到兩塊磁鐵運(yùn)動的快慢相同。說明了磁鐵雖然在線圈中下降運(yùn)動，但由于線圈呈開路狀態(tài)，線圈中只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，沒有感生電流的磁場，對運(yùn)動的磁鐵不產(chǎn)生阻礙作用，因此，兩塊磁鐵在兩根玻璃管中運(yùn)動快慢一樣，說明了兩塊磁鐵在兩根玻璃管中運(yùn)動的環(huán)境條件相同。

（2）將下半段各線圈的開關(guān)閉合，再作對比試驗(yàn)，把兩塊相同的磁鐵從兩根玻璃管的上口處同時無初速釋放，觀察兩塊磁鐵在玻璃管中下降的快慢，在上半段兩塊磁鐵的運(yùn)動快慢一樣，下半段可明顯看出在有線圈的玻璃管中的磁鐵下降慢得多，另外我們還看到在有線圈玻璃管中的磁鐵上半段下降的速度大于下半段的速度，說明磁鐵在上半段線圈中下降運(yùn)動時，線圈對運(yùn)動磁鐵不能產(chǎn)生阻礙作用，在下半段線圈中運(yùn)動時，線圈對運(yùn)動的磁鐵就能產(chǎn)生阻礙作用。同時還看到二極管發(fā)光，學(xué)生一看，就知道線圈中有電流通過，感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁場的變化，對磁鐵下降的運(yùn)動有阻礙作用，因此，下降的運(yùn)動會慢些。

（3）將儀器上各線圈的開關(guān)都閉合，把一塊磁鐵從有線圈的玻璃管上口處無初速釋放，仔細(xì)觀察磁鐵在玻璃管中下降的運(yùn)動情況，發(fā)現(xiàn)磁鐵在上半段（線圈中末接二極管）運(yùn)動較慢（接近勻速），到下半段（線圈中裝有二極管）突然變快些。這是由于上半段的線圈中未安裝二極管，回路總電阻小，產(chǎn)生感應(yīng)電流大，感應(yīng)電流的磁場強(qiáng)，對磁鐵運(yùn)動的阻礙作用大，而下半段的線圈中接入二極管，回路總電阻大了，產(chǎn)生的感應(yīng)電流小了，感應(yīng)電流的磁場弱，對磁鐵運(yùn)動的阻礙作用小，因此，磁鐵在下半段下降運(yùn)動突然加快。這現(xiàn)象從能量轉(zhuǎn)化與守恒角度也可進(jìn)行解釋。

(欄目編輯王柏廬)