巧用發(fā)光二極管演示感應電流的方向

陳新藝

摘 要： 本文以高中物理中關于法拉第電磁感應定律和楞次定律的實驗為基準，設計了一個實驗，利用發(fā)光二極管演示感應電流的方向，設計新穎，實驗結果有效。對本實驗結果進行總結，得出楞次定律，具有一定的參考價值。

關鍵詞： 發(fā)光二極管 感應電流 方向

1.引言

山東科學技術出版社出版的高中物理選修3-2第2章第1節(jié)的實驗中有一個實驗是利用導線、條形磁鐵、電流表、線圈對感應電流的方向進行探究，電流表的主要功能在于顯示電流方向，實際是關于法拉第電磁感應定律和楞次定律的實驗。在這個實驗的啟示下，本文準備利用發(fā)光二極管演示感應電流的方向。

2.實驗目的及實驗器材

2.1實驗目的

對感應電流的方向用發(fā)光二極管的演示予以探究。

2.2實驗器材

選擇導線、線圈、鐵芯、釹鐵硼強磁鐵、“電子百拼圖”等一系列實驗器材。

3.實驗原理

發(fā)光二極管是一種能夠用光能替代電能的半導體二極管；與普通二極LED芯片的發(fā)光管相同，發(fā)光二極管的單向導電性較強；最為常用的發(fā)光二極管的顏色多為紅色、綠色或藍色，由于發(fā)光二極管具有極陡的正向伏安特性曲線，在應用之前，為了對通過發(fā)光二極管的電流予以有效控制，必須將限流電阻與發(fā)光二極管進行串聯(lián)。由圖1可以看出，發(fā)光二極管的單向導電性較強，當線圈中有釹鐵硼強磁鐵拔出或插入，就會有感應電流出現(xiàn)在線圈中；若發(fā)亮的發(fā)光二極管為紅色發(fā)光二極管，那么“b→a”就是感應電流的方向；若發(fā)亮的發(fā)光二極管為綠色發(fā)光二極管，那么“a→b”就是感應電流的方向。通過對感應電流的方向進行演示探究，可判斷線圈中釹鐵硼強磁鐵是拔出還是插入，進而推導得出楞次定律。

4.實驗操作步驟

4.1“電子百拼圖”是由透明塑料安裝底板和各種電子元器件（電阻、電器、二極管、三極管、導線等）焊接在帶有字母扣的塑料塊上組成的。各個組件上有文字和電路圖符號，方便實用（各地文具店或淘寶網上很容易買到）。利用塑料塊上有彈性和導電的字母扣，可將各組件按需要的電路連接方式安裝在底板上。不用焊接，不用工具，在較短時間里完成各種電路的裝配，本實驗可安裝如圖2所示。

4.2為了便于操作，再加上釹鐵硼強磁鐵的體積通常較小，因此，本實驗組合應用鐵芯和釹鐵硼強磁鐵。將實驗室中的線圈用導線連接到電路中，并且與發(fā)光二極管相互連接，一起構成完整的閉合回路。

4.3可利用組裝完畢的實驗儀器做“利用發(fā)光二極管探究感應電流的方向”實驗，整個實驗一共分為四個小環(huán)節(jié)，分別是：S極拔出線圈、S極插入線圈、N極拔出線圈、N極插入線圈。

4.4對本實驗結果進行總結，得出楞次定律。

5.結語

5.1若要發(fā)光二極管處于正常發(fā)光狀態(tài)，那么需要正向電流的數(shù)值達到10mA；但是條形磁鐵只能產生較弱的磁場強度，這樣一來，線圈產生的感應電流根本無法達到10mA，所以，需要將條形磁鐵用釹鐵硼強磁鐵代替，以此獲得較強的磁性。值得注意的是，通常而言，釹鐵硼強磁鐵不會將磁鐵的南北極明確標出，為了便于學生完成這個實驗，教師應該將釹鐵硼強磁鐵的南北極用顏色或者字母予以標明。

5.2發(fā)光二極管的優(yōu)點較多，不僅具有單向導電性，還具有顏色鮮艷、體積小巧、導電發(fā)光等多種優(yōu)點，因此，發(fā)光二極管被大量應用到人們日常所用的家用電器中，充當指示燈的作用，因此，開展本實驗之前，可以先讓學生對“發(fā)光二極管”有一定的了解和掌握。

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