本发明涉及物理教学仪器领域，尤其是一种数字显示楞次定律演示仪。
背景技术：
楞次定律是指电磁感应中，当通过线圈的磁通量发生变化时，在该线圈上会产生一个电流，该电流和磁场所产生的力的作用会产生一个阻碍磁通量变化的趋势。楞次定律是电磁学的一条重要定律，可用于判断感应电流的方向，是中学物理的重点和难点内容。为使学生更好地理解楞次定律，做好演示实验非常重要。
目前市场上主流楞次定律演示仪器大多采用磁铁插入和拔出线圈的方法，通过观察与线圈相连的灵敏电流计的感应电流方向来判断感应磁场方向，分析感应电流与磁场关系。这样的传统方法存在的主要问题是灵敏电流计指针摆动速度快，时间短，初学者从指针摆动方向推理得到感应电流在线圈里的流动方向难度大，需要的时间长。而且由于电流表指针转动的惯性，容易给学生造成错觉。
为使楞次定律演示效果更明显、更直观，王云天等开发了发光楞次定律演示仪，其基本思想是将灵敏电流计换成两支反向并联的发光二极管，当条形磁铁插入、拔出线圈时产生感应电动势，通过放大电路将其放大，推动二极管发光，根据二极管的单向导电性判断感应电流的方向(发光“楞次定律演示仪”的改进与制作，王云天，中学物理教学参考，2017，46(12)，65-66)。这种方法虽然显示效果比较直观，但是不能定量显示感应电流大小，并且需要设计放大电路，设备复杂。郝志强等研制了手持式电磁感应演示仪，利用磁铁同性相斥的原理缓冲并助推了磁铁的往复运动，通过发光二极管可以直观并持续地展示电磁感应现象，简单直观，但是仍然不能定量地演示感应电流的变化情况(手持式电磁感应演示仪，郝志强等，物理通报，2017，2，91-92)。根据文献检索，目前还没有数字显示的楞次定律演示仪。
技术实现要素：
本发明提供一种能够简单、直观、定量演示楞次定律的数字显示楞次定律演示仪。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种数字显示楞次定律演示仪，包括电子天平、垂直固定于电子天平上的非磁性金属管以及磁铁，通过将磁铁下落/向上提起，穿过非磁性金属管，使得电子天平读数增加/减少，从而定量数字演示楞次定律。
在其中一实施例中，非磁性金属管为紫铜管。
在其中一实施例中，非磁性金属管足够长使电子天平读数产生明显变化。
在其中一实施例中，磁铁为一块直径10mm、厚度3mm稀土铷铁硼磁铁，表面磁感应强度100高斯。
在其中一实施例中，磁铁采用两块吸合在一起的直径10mm、厚度4.5mm稀土铷铁硼磁铁，表面磁感应强度300高斯。
在其中一实施例中，磁铁通过自由落体方式下落。
在其中一实施例中，磁铁连接有细线，利用细线向上提起。
本发明的有益效果是：本发明提出一种数字显示楞次定律演示仪，其原理是根据楞次定律和作用力与反作用力原理，磁铁在非磁性金属管中运动时会对其产生作用力，采用电子天平可以实时称量显示出管的重量变化，从而能够简单、直观、定量演示楞次定律。
附图说明
图1为本发明实施例数字显示楞次定律演示仪的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实例，对本发明做进一步说明。
如图1所示，数字显示楞次定律演示仪包括电子天平1、垂直固定于电子天平1上的非磁性金属管2以及磁铁3。
实施例1：磁铁3采用一块直径10mm、厚度3mm稀土铷铁硼磁铁，表面磁感应强度100高斯。非磁性金属管2选用紫铜管(也可以用铝管)，外径16mm，内径13mm，长度29cm。电子天平1量程200克，精确度为0.001克。磁铁3在铜管2外面上端自由下落到底部需要时间约0.25秒，在铜管2内下降同样高度需要约2.5秒，从管上部可以观测到磁铁下降速度明显低于管外自由下落。
操作时，将电子天平电源打开，把铜管垂直放置在电子天平表面，去皮清零，在铜管上部松手让磁铁通过自由落体方式下落，立刻会看到电子天平显示读数增加，在用手机拍摄的视频上可以读出显示的数字依次为0.239克、0.452克、0.672克、0.688克、0.888克、1.103克、1.321克、1.536克、1.737克，1.751克，由于磁铁落到电子天平时有冲击效应，读数会大于磁铁重量，最后稳定为1.738克，即磁铁重量。磁铁刚刚下落进铜管内的第一个读数0.239克，表明磁铁已经在铜管中感应出电流阻碍其下落，根据作用力与反作用力定律引起电子天平读数增加，如果铜管足够长，磁场力与磁铁重力平衡，磁铁匀速下降，电子天平读数不再增加。如果铜管长度有限，例如1cm，在感应出足够大的电流之前就已经落到电子天平上，因此观测不到明显的减速现象。反之，如果用手用一根细线将磁铁从铜管根部快速提起，就会看到电子天平读数持续减少。当然，也可以用手用一根细线将磁铁下落到铜管中，这样速度更好控制，并且不会损伤电子天平。
实施例2：磁铁3采用两块吸合在一起的直径10mm、厚度4.5mm稀土铷铁硼磁铁，表面磁感应强度300高斯，其他条件同实施例1，电子天平读数依次为0.716克、1.412克、2.107克、2.802克、3.498克、4.193克、4.888克、5.565克、5.574克、5.619克，最后稳定值为5.591克，即磁铁重量。
数字显示楞次定律演示仪的原理是：非磁性金属管垂直固定在电子天平上，电子天平会显示金属管重量。让磁铁在金属管中自由下落，根据楞次定律，金属管中会感应出反向磁场力阻碍磁铁下落，根据作用力与反作用力定律，虽然磁铁外径小于金属管，但是会通过磁场对金属管产生向下作用力，引起电子天平读数增加。反之，如果用细线将磁铁从管底部向上快速提起，就会引起电子天平读数减少，从而揭示楞次定律的物理意义。本仪器可以简单直观定量演示楞次定律。
通过以上实施例可以说明，本发明确实能够简单直观的实时定量数字演示楞次定律。