人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《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)然實驗之前必須弄清楚線圈導(dǎo)線的繞向及電流方向、指針擺動的方向與電流表紅、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、實驗?zāi)康?
利用發(fā)光二極管探究感應(yīng)電流的方向。
二、實驗器材
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、實驗原理
圖2為實驗的原理圖,發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?,?dāng)釹鐵硼強(qiáng)磁鐵插入或者拔出線圈時,線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,如果綠色發(fā)光二極管閃亮,則感應(yīng)電流的方向為a流向b,如果紅色發(fā)光二極管閃亮,則感應(yīng)電流的方向為b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產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向,進(jìn)而得出楞次定律。
四、實驗操作步驟
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?!鞍倨措娮邮澜纭碧撞膶㈦娮釉谱鞒啥嗖实腁BS元件塊,采用了獨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,并在很短的時間內(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。至此實驗儀器組裝完成。
3.教師或者學(xué)生利用儀器進(jìn)行探究實驗。實驗的情況有四種,分別是N極插入和拔出線圈,S極插入和拔出線圈,在實驗操作過程中完成下表:
4.由上表總結(jié)得出線圈中的磁通量的變化和感應(yīng)電流的磁場的關(guān)系,進(jìn)而得出楞次定律。
五、幾點說明
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)生的磁場強(qiáng)度較弱,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流無法達(dá)到這一數(shù)值,因此該實驗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,因此實驗之前教師應(yīng)當(dāng)用字母或者顏色標(biāo)明南北極,以便順利開展實驗。
2.發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝猓瑢?dǎo)電時還能發(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)識并簡單使用發(fā)光二極管,同時為選修3-2第六章“傳感器”的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。
3.BD-Ⅱ型“百拼電子世界”套材是國家五部委主辦的全國青少年電子制作錦標(biāo)賽唯一的競賽套材。學(xué)生通過電路的設(shè)計與制作促進(jìn)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和動手能力的提高,使學(xué)生在自助娛樂的過程中實現(xiàn)對深奧的物理世界與電子世界的基本認(rèn)識和實際把握,進(jìn)而激發(fā)探究科學(xué)的興趣和志向。
?。ㄗ髡邌挝?浙江省臺州黃巖第二高級中學(xué))