操作過程與現象

「楞次定律」的實驗頗為常見，也相當有趣，但是器材通常不是很容易取得。以下實驗都是文具行、五金行就可以買得到的器材。

實驗一：緩降管

1.到文具行或美術材料行購買「大吸管」，直徑約1.2公分，長度約60公分。

2.將鋁箔紙（廚房用的長度約30公分）抽取出70公分，剪裁二張，再橫向以膠帶黏貼成60公分x 70公分（請注意銜接處鋁箔紙要重疊）。然後將大吸管捲起來（如圖一），捲的過程要注意盡量平整貼緊。

3.捲好鋁箔紙後，將大吸管頭尾不平整的部分剪掉，如圖二。

4.取一直徑1.0公分的強力磁鐵，由大吸管頂端自由滑落。仔細觀察包了鋁箔紙（圖三銀色吸管）和沒有包鋁箔紙（圖三紅色吸管），磁鐵掉到底部的時間差異如何？

以慢速播放實驗影片計時，沒有包鋁箔紙的紅色吸管，磁鐵掉到底部的時間是0.43秒，而包了鋁箔紙（銀色吸管）則達到1.25秒，慢了接近三倍。

實驗二：隔空煞車

1.以木條製作如圖四「煞車器」的構造：兩邊突出的木條分別挖二個洞，塞進強力磁鐵。洞不能太大，必須使強力磁鐵牢牢固定，而且兩邊磁鐵的磁力方向是同極相對（會互相排斥）。

2.以鋁箔紙完全包覆光碟片，表面儘量保持平整，並在光碟片中心塞入橡皮塞，橡皮塞的中心插入一根長竹籤。如圖五，將光碟片的竹籤架在燒杯的杯緣上（以光碟片底部不會碰到桌面為原則），再試著旋轉看看。如果旋轉不順暢，調整橡皮塞與竹籤的位置，務必調整到軸心位於光碟片的中心位置，旋轉才會順暢。

3.如圖五架好後，轉動光碟片旋轉（壓住竹籤用力旋轉），觀察光碟片是否能旋轉至少10秒以上？如果旋轉時間太短，再次調整橡皮塞與竹籤的位置。

4.開始實驗：轉動光碟片旋轉之後，將「煞車器」伸入光碟片之間，如圖六、圖七；觀察煞車器能否在3秒內就讓光碟片停止旋轉！注意：實驗過程煞車器不可以碰到光碟片。

實驗三：與磁共舞

1.取一空的鋁箔罐，用美工刀將底部切割下來，如圖八。注意：切割下來的鋁箔片非常銳利，很容易割傷手，請務必戴手套！

2.以剪刀將鋁箔罐底部的邊緣修剪（如圖九），再用砂紙將不平整的邊緣磨平，以避免割傷手。

3.取一強力磁鐵，如圖十；磁鐵接觸鋁箔，鋁箔並不會被吸引。

4.將鋁箔片放在壓克力板上面，強力磁鐵放在壓克力板下面，快速旋轉，結果鋁箔片會跟著磁鐵一起旋轉起來喔！（如圖十一）

 觀賞實驗影片（23.8M）

俄國物理學家楞次（Heinrich Friedrich Emil Lenz，1804～1865）在1833年於聖彼得堡科學院（St. Petersburg Academy of Sciences）宣讀「關於用電動力學方法決定感生電流方向」的論文，並於1834年出版，後來被稱為「楞次定律」。

楞次定律的內容為「由於磁通量的改變而產生的感應電流，其方向為抵抗磁通量改變的方向」。以圖十二為例，當一個磁鐵插入金屬環時（圖左），磁通量發生了改變，於是金屬環會產生感應電流（藍色箭頭），而此感應電流所產生的磁場（綠色箭頭）與磁鐵的磁場（紅色箭頭）方向相反，二個磁場之間會產生排斥，阻止磁鐵進入金屬環。反之，如果磁鐵的運動方向是遠離金屬環（圖右），則感電電流與感應磁場也會反過來，二個磁場之間會產生吸引作用，阻止磁鐵遠離金屬環。

因此實驗一的磁鐵在金屬管子（鋁箔紙）中掉落時，如圖十三所示；磁鐵的上方，感應電流為順時針方向，感應磁場與磁鐵的磁場方向相同，因此互相吸引（如同二塊磁鐵異極互相吸引，磁場方向是相同的）。而磁鐵的下方，感應磁場與磁鐵的磁場方向相反，因此互相排斥。由於磁鐵上方有吸引力，下方有排斥力，因此磁鐵掉落的速度就會減慢了。

實驗二、實驗三如同上述的原理，只是金屬環換成金屬片。而實驗二光碟鋁箔片的轉動或是實驗三磁鐵的運動，都可視為如同圖十二右邊磁鐵「遠離」的運動，因而有「吸引」的結果，所以實驗二的光碟鋁箔片就會因為被吸引而煞車，而實驗三的鋁箔就會就跟著磁鐵一起旋轉了。

楞次定律的實驗有相當多種的設計，例如右圖是將鋁箔罐的鋁箔剪成細長條，以膠帶黏貼為小圈圈，然後用二條縫衣線懸掛起來。實驗時以強力磁鐵（用膠帶黏貼在簽字筆上）反覆的插入、抽出（注意不要碰觸到小圓圈），小圈圈就會來回的盪鞦韆喔！

1.實驗一如果使用銅管或鋁管，磁鐵緩慢掉落的效果會更為明顯，但是成本較高。另一方面，如果買不到長60公分的大吸管，也可以使用喝飲料用的大吸管（直徑1.2公分、長20公分），將二支大吸管以膠帶黏貼成一支使用。

2.實驗二以鋁箔紙包覆光碟片時，可以使用膠水黏著，讓鋁箔紙更為平整。

3.實驗三中剪下來的鋁箔片，務必保持圓形，旋轉時才能平穩順暢。

4.本實驗的科學概念與操作適合國中以上，在教學上可以指導學生實驗與討論以下問題：(1)實驗一的鋁箔紙捲的圈數，是否會影響磁鐵掉落的時間？(2)試驗不同磁力的磁鐵，觀察對於實驗三鋁箔片的旋轉有何影響？

1. 國立臺灣大學普通物理實驗室：http://web.phys.ntu.edu.tw/gphyslab/modules/smartsection/itemaec4.html?itemid=24

2. 海因里希·楞次- 台灣Wik。

3. Electromagnetic Induction：http://sdsu-physics.org/physics180/physics180B/Chapters/phys180Bch22.htm

4. Department of Physics - UC Santa Barbara：http://web.physics.ucsb.edu/~lecturedemonstrations/Composer/Pages/72.09.html