邢琼勇 李杨
海南工商职业学院 海南海口 570203
摘要：发光二极管是一种照明器件，具有单项导向性、电压电流小、节能环保、颜色多、价格低、适用性强、响应时间快等诸多优点。利用发光二极管开展物理实验教学，对于降低实验成本，提高实验安全性以及趣味性都有很大优势，这将非常有利于物理实验教学的创新实践。本文以实践教学经验为基础，提出三个巧用发光二极管的物理实验案例，以期可起到抛砖引玉之作用。
参考文献：发光二极管；创新；物理实验教学
前言：物理教学中实验是极其重要的论证环节，不但有利于教学实践同时可帮助学生培养良好的学科兴趣，渗透对物理相关知识的了解。那么，如何在物理实验教学中减少实验的材料成本、扩大实验的趣味性，有效激发学生的求知欲，还需要物理教师去积极探索和创新实验教学，力求为学生创建一个良好的实验学习平台。因此，本文立足于高中物理课程，探讨利用发光二极管及一些电子元件实施物理电学实验的方法，如电磁感应、楞次定律等，借助发光二极管的特点让物理实验变得简单易懂、安全可靠，起到节省实验材料、扩大实验效果的教学作用。
一、电磁感应实验
1、实验目的：探究感应电流的产生条件
2、实验用材：塑料套管1根、磁铁1块、线圈4根、二极管4个
图一：电磁感应原理图
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3、实验原理——感应电流的产生条件：线圈和二级管组合形成闭合导体回路，当穿过导体闭合回路的磁通量产生变化之后，该闭合电路就会产生电流感应，二极管发光。
4、实验方法：
（1）首先在塑料管上缠绕4根线圈，再将圆柱形磁铁插入空心塑料管中，接着让磁铁在塑料管中两端缓慢自由运动，这时观察二极管的发光情况；
（2）如上同步操作，加快磁铁在塑料套管中的运动速度，观察二极管的发光情况；
（3）从实验观察中思考二极管产生光源的原理，最终获得实验结论。
5、实验创新亮点以及效果说明：
实验中的电磁感应现象各有不同，物理教师通过此实验结合物理理论课堂教学，则会让这一章节的知识点变得十分有趣，从而能够充分激发学生对物理学习的兴致，主动参与物理实验教学。实验在一根塑料套管上绕上4根不同匝数的线圈，同时在每一处线圈上串联一个二极管，当我们将圆柱形磁铁放置塑料套管中运动时，磁铁经过线圈的二极管则会亮起来；而当磁铁加速运动之后，二极管的发光速度也会随之加快。通过此实验让学生更为直观的了解电磁感应电流所产生的条件，继而引出下一个物理知识中楞次定律的问题——磁铁在塑料套管中运行进、出线圈时穿过闭合回路所产生的磁通量都会有一定变化，均会产生感应电流，那么在这个实验当中到底是磁铁进线圈时产生了感应电流还是出线圈时产生了感应电流导致二极管发光的呢【1】？以此为学生创设出下一个知识悬念，也为下次学习楞次定律很好的埋下了伏笔。
6、实验注意事项：
（1）实验过程中磁铁进出塑料套管的动作要加快，磁铁运行速度越快二极管发光会越发明显一些；
（2）磁铁是一种强磁物质，具有又硬又脆且磁场强大的特点，拿取的过程中一定要注意轻拿轻放，避免让磁铁与其他铁质物品相互吸附和撞击，以免磁铁产生碰撞后断碎，或是在过程中因磁力强大而夹伤手部；
（3）二极管固定到线圈之后是露在外面的，在保存是应尽量将塑料套管进行固定处理，让二极管尽可能不接触到其他物体，以免造成二极管在实验时不发光。
二、楞次定律实验
1、实验目的：探究楞次定律原理
2、实验材料：两种颜色的发光二极管各1个、制作电路板1个，线圈1根、磁铁1块、塑料套管一根。
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3、实验原理——楞次定律：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
4、实验方法：
（1）首先要对两个不同颜色的发光二极管以及电流方向的相对应关系进行解释；
（2）将磁石N极插入塑料套管的线圈部分，观察其中哪一个二极管有发光反应，并随之画出草图进行标注，记录实验信息数据；
（3）接着再把磁石N极从线圈拔出，反之将磁石S极插入其中并拔出，重复上述第二个步骤后再进行实验信息的记录；
（4）获得实验信息，对实验结果进行整理并试着分析楞次定律。
5、实验创新亮点以及效果说明：
在物理实验课中，关于楞次定律是有专门的实验装置的，它是将一根线圈及电流表经过单线形成闭合电路，将磁铁插入或是拔出线圈时感应电流的方向则会不同；而我们自制的实验装置，则是用的反向并联发光二极管的焊接板替代了传统的电流表，用二极管所发出的不同颜色的光替代电流表的指针方向偏转，在此实验中通过发光二极管颜色代表电流方向，而颜色的变化还能更好的吸引学生关注实验过程，让实验变得更为有趣【2】。
6、实验注意事项：
（1）实验过程中磁铁进出塑料套管的动作要加快，磁铁运行速度越快二极管发光会越发明显一些；
（2）磁铁是一种强磁物质，具有又硬又脆且磁场强大的特点，拿取的过程中一定要注意轻拿轻放，避免让磁铁与其他铁质物品相互吸附和撞击，以免磁铁产生碰撞后断碎，或是在过程中因磁力强大而夹伤手部；
（3）自制的实验装置其线圈连接部分容易产生变形，在拿取使用及保存时都要注意不要挤压。
三、电容器充放电实验
1、实验目的：演示电容器充放电原理
2、实验材料：两种颜色的发光二极管各1个、5伏电池4节、电池装置盒1个、自制电路板1个、2200μＦ电容器1个。
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3、实验原理：
电容器在充电过程中充电电流会从大变小，放电过程中放电电流也会从大变小；充电及放电时电流方向正好相反，电容器充电就是在储存电量，放电就会释放出原来所储备的电量。
4、实验方法：
（1）首先将4节5伏电池安装到电池装置盒中，并将导线分别连接在电池装置盒的正负极上；
（2）拔起开关装置，电容器进行充电，红色二级管开始发光并随之逐渐暗淡直到最后熄灭；
（3）放下开关装置，电容器开始放电，此时绿色二极管会进行发光并随之逐渐暗淡指导最后熄灭。
5、实验创新亮点以及效果说明：
原有实验中电容器充放电是通过电表指针的偏转方向来进行演示操作，由于电表较大不易安置则不方便实验使用，而我们利用发光二极管则非常小巧轻便，更易装置及携带，同时用二极管的不同颜色变化替代指针的偏转也更容易吸引学生产生实验兴趣，关注整个实验的过程【3】。
6、实验注意事项：自制电路板简单易坏，实验和存放时都要注意轻拿轻；电池保存时要注意放在阴凉干燥的通风处，避免潮湿。
参考文献：
[1] 温见明,吴林涛. 巧用发光二极管 创新物理实验教学[J]. 物理教学,2014,36(7):29-30.
[2] 刘璐婷,李丰果. “楞次定律”实验创新与教学设计[J]. 物理通报,2019(11):80-84.
[3] 栗麒婷,杨建波. 发光二极管在高中物理实验中的应用[J]. 物理通报,2019(2):117-119.
[4]Y. Li,L. F. Feng,Q. Y. Xing,X. L. Wang. Electrical Characteristics of GaN-Based Light-Emitting Diodes on Patterned Sapphire Substrates[J]. Journal of Electronic Materials,2015,44(3).
[5]李杨. 发光二极管正向电学特性[D].天津大学,2012.
[6]冯列峰,李杨,从红侠,王存达.650nm波长发光器件的电学特性研究.天津师范大学学报(自然科学版),2010,30(04):38-40.
[7]冯列峰,李杨,王军,从红侠,朱传云,王存达,张国义.发光二极管的低频电容特性[J].光电子.激光,2009,20(12):1565-1568.
作者简介：
邢琼勇 1985.1.1 男 海南乐东人 汉族 应用物理 讲师 本科
李杨 1986.9.10 女 湖北潜江人 汉族 半导体材料 副教授 研究生