打开文本图片集

【摘要】装置由ESP32Wi-Fi芯片、ADS1115模数转换器件、Phyphox手机软件以及传统探究楞次定律的实验器材组成，能形象直观地展示电磁感应中感应电动势的方向，从而探究得出楞次定律。主要介绍了实验的器材与软件、实验电路及实验过程与结果。

【关键词】数字化实验；设计；楞次定律；ESP32；Phyphox

楞次定律是一条非常重要的电磁学定律，用来判断由电磁感应而产生的电动势的方向。它是由俄国物理学家海因里希·楞次在1834年发现的，楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。在“楞次定律”教学中，要突破“阻碍”这个教学难点，必须通过实验探究得出结论。

我们通过CNKI检索，关于楞次定律实验设计与教学研究的相关文献有619条，但是利用数字化实验、传感器等新技术来设计楞次定律实验的仅仅只有1条，就是杨清华、张振等于2015年发表在《物理教学探究》杂志上的论文“基于DISLab的楞次定律创新实验设计”。目前还没有利用Esp32与Phyphox来设计楞次定律数字化实验。本文介绍的基于Esp32与Phyphox的楞次定律数字化实验，实现了探究楞次定律产生感应电动势的实时方向与大小记录，解决了传统实验不易记录、不易观察、不易展示的弊端。

一、器材和软件介绍

（一） Esp32简介

ESP32是Espressif乐鑫信息科技推出的一块Wi-Fi芯片，它集成了天线、功率放大器、低噪声放大器、滤波器和电源管理模块等元器件，性能稳定，易于制造，工作温度范围从-40℃到125℃，计算能力可达600DMIPS。具有多种调节管理模式：Active模式、Modem-sleep模式、Light-sleep模式、Deep-sleep模式、Hibernation模式，可根据不同需求，调节所需方案。

Esp32的片上资源和引脚接口丰富，有利于打造各种物联网场景智能设备。Esp32同时支持Wi-Fi和蓝牙，而物联网协议中使用最多的就是Wi-Fi，这就使得Esp32的性价比比较高。再加上Esp32能够进行远程控制、访问，这就使得远程数据化教学成为可能。Esp32还具有云端一体的全链路开发框架，让原本困难的同时做好智能设备开发、连接云端服务、手机程序等的全链路开发变得简单。

（二）Ads1115简介

ADS1115器件是模数转换器（ADC），集成了低漂移电压基准和振荡器，还集成了可编程增益放大器（PGA）和数字比较器，以高达每秒860个采样（SPS）的数据速率执行转换，可进行精确的大小信号测量。

（三）Phyphox简介

Phyphox软件利用手机传感器，即时显示有关物理数据，同时建立坐标系，能够直观对比实验数据，操作简单，可测量物理量多，配合投屏软件，可以实时将手机屏幕显示在多媒体电脑上，实现数据展示。

二、实验电路连接

如图1所示，把ADS1115芯片上的A0与A1连接在电源上使其按差分电压，把SDA与D21连接，把SCL与D22连接，把VDD与+5v连接，把ADS1115上的ADDR、GND与ESP32上的GND对应连接起来。

三、实验过程

（1）按照如图2所示连接实验器材，蓝色为USB充电线；

（2）打开手机蓝牙，打开phyphox手机软件，点击右下角的“+”；

（3）点击为蓝牙设备添加实验，点击Phyphox蓝牙实验；

（4）点击右上角的播放按钮，同时将磁铁穿过线圈观察实验现象，如图3所示。

（5）实验结果呈现

首先，如图4中a，b所示，点击右上角三个圆点，击允许远程控制。

然后，如图4中c，d所示，点击确认，在电脑浏览器中输入图9中d图底部出现的网址，便可在网页中查看实验结果（注意：电脑必须与手机热点相连）。

四、结束语

本实验装置结构简单，成本低廉，携带方便，实现了中学物理实验的数字化与便携化。实验现象形象直观，有助于学生探究得出楞次定律，体现了科学技术在实验技术中的运用，提高学生的学习兴趣，提升科学态度与责任核心素养。

【参考文献】

[1]杨青华，张振，孔庆. 基于DISLab的楞次定律创新实验设计[J]. 物理教学探究，2015，（6）

[2] 容兰，楞次定律实验的改进[J]. 中学物理教学参考，2020，（12）

[3] 唐山林，罗艳琳.楞次定律演示实验的优化与改进[J].湖南中学物理.2019，（1）

资助项目：重庆市2021年雏鹰计划第十一期研究项目“基于phyphox技术的中学物理移动实验开发与应用”资助.

【作者简介】

陈晓莉，女，重庆市梁平人，教授，主要从事学科教学（物理）研究工作.

通讯作者

苏翔，男，西南大学银翔实验中学教师，主要从事信息技术与中学物理实验融合研究.