摘?要：為了解決中學生學習楞次定律理解“磁通量的變化”這一抽象的概念。結合電子技術，設計了一款自制楞次定律演示的裝置。本裝置能清楚地演示出楞次定律的原理，具有易操作、便捷、直觀等特點。

關鍵詞：楞次定律;自制;直觀

Abstract：In order to solve the problem that middle school students learn Lenz's law and understand the abstract concept of "the change of magnetic flux".Combining with the electronic technology，a self-made demonstration device of Lenz's law is designed.It can demonstrate the principle of Lenz's law clearly，and has the characteristics of easy operation，convenience and intuition.

Key words：Lenz's law; self-made; intuition

中學生在學習楞次定律“穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時，回路中就有感應電流產生，而感應電流的方向總是使它產生的磁場去阻礙閉合回路中原有的磁通的變化”，對關鍵詞“阻礙”的理解比較困難，對感應電流的方向該如何判斷摸不著頭腦。為了提高楞次定律的教學效果，目前出現了一些演示裝置用于課堂教學中。比較典型的旋轉式J11224 楞次定律演示器，該儀器是通過磁鐵的插入和拔出時機械臂的晃動來反映楞次定律產生的機械阻尼效果，但其不能反映出感應電流方向遵循的規(guī)律;且存在金屬環(huán)面積較小，磁鐵插入時容易碰到金屬環(huán)，懸臂較短，磁鐵插入速度稍慢時旋轉不明顯、不靈敏。[1]另一種比較典型的楞次定律演示器是教材中使用的檢流計式演示儀，這種演示儀是通過觀察磁鐵插入與拔出螺旋管線圈時檢流計指針的偏轉方向來反映線圈中感應電流的方向應遵循的規(guī)律，比較容易觀察，但其不能反映出感應電流對磁鐵產生的機械阻尼效果。除此之外，一些公知的楞次定律演示儀也都存在“時間短、判斷難”的不足。為了更好地演示出楞次定律，結合電子技術，自制了一款可視化的楞次定律演示裝置。

1 設計思路及電路實現

1.1 設計思路

傳統(tǒng)的楞次定律實驗演示儀是將線圈固定不動，通過插拔條形磁鐵方式來演示楞次定律。本設計則是反過來讓條形磁鐵固定不動，通過插拔線圈的方式來演示楞次定律，通過實驗發(fā)現這種設計方式對本裝置實驗效果更明顯且實驗現象更穩(wěn)定。實驗中當線圈在條形磁鐵中插拔時，線圈中的磁通量會跟隨發(fā)生變化，于是線圈中就會產生感應電流，但此時的感應電流較小且是瞬態(tài)的，線圈中產生的微小電流可以帶動檢流計的指針偏轉，但指針的偏轉是瞬間的學生不容易觀察。為了讓學生更清楚，更明顯地觀察到線圈在條形磁鐵中插拔時線圈中感應電流的方向到底是指向那個方向，本設計是將線圈中的微小感應電流通過兩個微電流放大器將電流放大到能夠觸發(fā)單片機微處理器。這樣單片機微處理器在接收到相應信號后，通過程序控制相應的高亮LED指示燈點亮，并同時控制LED燈點亮的時間。由于“LED箭頭燈”（由多顆LED等組合成一個箭頭的形狀排列，其箭頭的方向指向與線圈中電流的方向在水平上保持一致）點亮的時間被延時了2-3秒，而不再是瞬時點亮，所以，學生此時就可以方便直觀地通過LED箭頭燈判斷出線圈中感應電流的方向到底是指向的那個方向，此時老師讓學生再結合安培定則進行分析就容易讓學生更好理解楞次定律。

1.2 電路實現

電磁鐵在線圈中產生的感應電流一般是比較微弱，不足以驅動外部器件也不易被單片機處理器采集。因此需要對得到的感應電流進行放大處理。本裝置采用的AD623集成單電源儀表放大器，可以工作于單電源和雙電源下。它允許使用單個增益設置電阻進行增益編程，具有很好的用戶靈活性。單片機微控制器具有集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強的特點，在測控系統(tǒng)、智能產品中廣泛地使用，本設計采用8位的51單片機作為微控制器。

2 制作方法

如圖1結構圖所示，儀器有一底座1，儀器箱2的中間位置安裝一微小電流檢流計4，儀器箱的左右兩邊分別安裝紅綠兩種高亮的LED感應電流方向指示燈3，一根裝有圓柱形磁鐵的PVC管5安裝在儀器箱頂部的中心位置上，線圈6導在PVC管上，實驗時將線圈在裝有圓柱形磁鐵的PVC管上插拔時，一是微小電流檢流計的指針會發(fā)生偏轉，可以根據指針偏轉的方向來判斷線圈中感應電流的方向，同時紅綠兩種高亮的LED感應電流方向指示燈也會被點亮，可以通過被點亮的LED燈進一步判斷線圈中感應電流的方向，用檢流計指針偏轉的方向和點亮的LED箭頭燈二者結合用來共同判斷線圈中感應電流的方向比原有一些儀器只用其中一個來判斷效果就好很多。特別是指示感應電流方向的LED燈點亮時會兩2-3秒，這樣觀察起來就更方便，從而實現設計的目的。

為了進一步說明制作的過程，給出了詳細闡述可視化楞次定律演示儀的內部接線如圖2所示。

3 總結

結合電子技術，利用智能芯片巧妙地捕獲“感應電流”，并對其進行有效地處理，使不易判斷出感應電流的方向以及理解“阻礙”等關鍵問題得到解決。該設計裝置簡單易操作，能充分增強學生的積極性，同時也能激發(fā)學生探究科學奧秘、以及增強學生的工程意識。

參考文獻：

[1]楊軍.改進的楞次定律演示器六款[J].教學儀器與實驗，2005（11）.

[2]葉澤，王靜.楞次定律綜合實驗儀[J].物理實驗，2019，39（1）：61-64.

[3]刑長苓.楞次定律演示器的創(chuàng)新設計[J].中學物理教學參考，2007，36（6）：35.

[4]林偉君，高潔.自制一款楞次定律演示裝置[J].物理教學，2016，38（3）：34-35.

作者簡介：江敏（1990-），男，重慶開縣人，碩士，助教，研究方向：嵌入式技術及智能產品設計研究與教學。