[实用新型]一种可视化楞次定律演示仪

说明书

本实用新型公开了一种可视化楞次定律演示仪，设有一仪器箱（2），仪器箱的面板中间安装有一微小电流检流计（4），面板的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED指示灯（3），一根内装有柱形磁铁的PVC（5）管固定在仪器箱的顶部，PVC管上缠有线圈（6），所述线圈与一组电路相连，所述线圈的A端分别与电路中的第一电流放大器（8_Ⅰ）的S⁺端输入端和第二电流放大器（8_Ⅱ）的S^‑输入端相接，线圈的B端分别与第二电流放大器的S⁺端和第一电流放大器的S^－端相接，第一电流放大器和第二电流放大器的输出端各与一个单片机微处理器（11）的输入端相接，单片机微处理器的一组输出端与一组红色LED灯阵相接，其余的一组输出端与一组绿色LED灯阵相接。

技术领域

本实用新型一般涉及一种物理实验演示装置，特别是一种可视化楞次定律演示仪的实验装置。

背景技术

在中学物理中，楞次定律是电磁学内容中一个非常重要的物理定律。楞次定律的内容是“穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生，而感应电流的方向总是使它产生的磁场去阻碍闭合回路中原有的磁通的变化”。中学生在学习楞次定律这一节内容的时候他们对楞次定律的理解比较困难，特别是对线圈中感应电流的方向总是使它产生的磁场去阻碍闭合回路中原有的磁通的变化，感应电流的方向该如何判断摸不着头脑，因为磁通的变化这一概念比较抽象，楞次定律如果仅仅依靠老师的讲解没有相应的演示实验装置来建立对应的物理情境他们会感到理解起来非常吃力。为此，为了提高楞次定律的教学效果，加深学生对楞次定律的理解，目前已有不少演示楞次定律的教学仪器用于课堂教学，比较典型的有旋转式J11224 楞次定律演示器，该仪器是通过磁铁的插入和拔出时机械臂的晃动来反映楞次定律产生的机械阻尼效果，但其不能反映出感应电流方向遵循的规律；且金属面积小，容易碰到磁铁；悬臂短，旋转效果不明显；而且水平转动可见度低，若在课堂上演示后面的同学看不清楚。另一种比较典型的楞次定律演示器是教材中使用的检流计式演示仪，这种演示仪是通过观察磁铁插入与拔出螺旋管线圈时检流计指针的偏转方向来反映线圈中感应电流的方向应遵循的规律，比较容易观察，但其不能反映出感应电流对磁铁产生的机械阻尼效果。还有一种比较典型的楞次定律演示器，是采用一根细长铝管，一个圆柱形小铝块和一个相同尺寸强磁铁组成。演示时竖直持有铝管，先后放入铝块和强磁铁。铝块在管中作自由落体运动，下落时间短；强磁铁在管内下落时，由于相对运动而引起铝管内磁通量变化。根据楞次定律：铝管内产生的涡旋电流激发的磁场将阻碍强磁铁相对其运动，故强磁铁下落时间较长。验证了楞次定律具有阻碍相对运动的特性。缺点：演示内容单一，只演示了楞次定律阻碍运动的特性；看不见物块在管中下落过程，实验现象不直观，只能根据物块落地声响来判断下落时间长短，判断铝管是否阻碍了强磁铁相对运动；铝块下落较快，落到讲桌上时容易弹落到地上；不利于在大课堂中演示，后排学生不易观察到实验现象（听物块落地声响）；铝管和常见的镀锌铁管外形、颜色相似，容易使学生产生质疑。

除了上述比较典型的传统楞次定律演示器外，一些演示楞次定律的专利也比较多，一些公知的楞次定律演示仪存在的主要不足：中国实用新型专利，专利号为：CN201620429734.6公开了一种楞次定律演示仪，该演示仪采用红绿两种LED灯来区分感应电流的方向，但是实际实验中当磁铁插入与拔出线圈时LED闪烁时间短，且交替频率高，因此对学生而言很难判断磁铁插入与拔出线圈时到底是红绿两种LED灯哪个在插入时发光，哪个是在拔出时发光。专利号为：CN201510662743.X公开了一种楞次定律演示仪，该仪器采用LED灯带的方式去观察感应电流大小方向的判断，在演示时也存在着观测时间短，LED灯变换频率快，不便于学生理解的缺点。专利号为：CN201620147603.9公开了一种楞次定律演示仪，该仪器虽用强磁磁铁改变穿过线圈的磁通，以及用LED箭头指示感应电流大小，但还是不能克服LED灯显示时间过短，一闪而过的缺点。

实用新型内容