對楞次定律的理解及推廣應(yīng)用

金海崗

摘 要： 楞次定律是高中物理教學(xué)的重點，也是教學(xué)的難點。楞次定律的關(guān)鍵在于對“阻礙”的理解及推廣應(yīng)用。在楞次定律的實際應(yīng)用中，若根據(jù)不同情況采取不同角度理解“阻礙”，應(yīng)用楞次定律的幾個推論分析問題，會使解題方便、快捷。

關(guān)鍵詞： 楞次定律 磁通量 感應(yīng)電流 阻礙

楞次定律是一條重要的電磁學(xué)定律，揭示了電磁感應(yīng)中感應(yīng)電流方向的普遍規(guī)律，內(nèi)容：“感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化?！崩愦味傻睦斫夂蛻?yīng)用一直都是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，究其原因，一是沒有弄清物理本質(zhì)，二是不會將楞次定律推廣靈活應(yīng)用，從而增加學(xué)習(xí)難度。本文對此就楞次定律的理解及推廣應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、深刻理解楞次定律，弄清物理本質(zhì)

1.搞清楞次定律中“兩個磁場”的關(guān)系。

當(dāng)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個感應(yīng)電流會立即產(chǎn)生一個磁場，即感應(yīng)電流的磁場。這樣電路中存在兩個磁場，即原磁場（產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場）和感應(yīng)電流的磁場，不能混淆。

2.正確理解楞次定律中的“阻礙”含義，把握楞次定律實質(zhì)。

（1）明白誰起阻礙作用——要明確起阻礙作用的是“感應(yīng)電流的磁場”。

（2）弄清阻礙什么——感應(yīng)電流的磁場總是阻礙“引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”，即阻礙原磁通量變化。因此“阻礙”不是阻礙原磁場，也不是阻礙原磁通量。

（3）熟悉怎樣阻礙——當(dāng)原磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反，以“反抗”原磁通量的增加；當(dāng)原磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，以“補償”原磁通量的減少。因此“阻礙”不是“相反”，不能認(rèn)為感應(yīng)電流的磁場和原磁場方向相反；“阻礙”不僅具有“反抗”的含義，而且有“補償”的含義，反抗磁通量的增加，補償磁通量的減少。

（4）知道阻礙的結(jié)果——阻礙并不是阻止，結(jié)果是增加的還增加，減少的還減少。即并沒有阻止磁通量的變化，只是延緩磁通量的變化。

二、正確理解楞次定律與能量守恒定律的聯(lián)系

楞次定律在本質(zhì)上等同于能量守恒定律。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流在閉合電路中流動時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)能量守恒定律可知，能量不能無中生有，這部分能量只能由其他形式的能量轉(zhuǎn)化而來。如條形磁鐵插入或拔出閉合線圈的過程中要產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知磁鐵無論插入或拔出，都必須克服磁場的斥力或引力做功，從而在此過程中消耗機械能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

感應(yīng)電流的方向遵守楞次定律本身就說明了楞次定律的本質(zhì)就是能量守恒定律，或者說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。

三、楞次定律理解的推廣應(yīng)用

閉合電路中磁通量的變化會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而引起磁通量變化的原因通常有：原磁通量的變化、導(dǎo)體和磁體間相對運動、原電流的變化等多種不同情況。由于引起磁通量變化的情況不同，那么楞次定律中阻礙磁通量變化的形式將呈現(xiàn)多樣性、豐富性——可能是磁場阻礙，也可能是電流阻礙，也可能是運動阻礙，還可能通過力來阻礙，等等。因此從“阻礙”角度，楞次定律可以推廣為以下幾種具體應(yīng)用。

1.感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的變化，理解為“增反減同”。

當(dāng)原磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向就與原磁場的方向相反，即“增反”；當(dāng)原磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相同，即“減同”。

例1.通有恒定電流I的直導(dǎo)線旁有一個和它共面的閉合到線框，如圖示，當(dāng)導(dǎo)線框遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的過程中，導(dǎo)線框內(nèi)的感應(yīng)電流的方向如何？

分析：直線電流在線框所在區(qū)域的磁場垂直紙面向里，當(dāng)導(dǎo)線框遠(yuǎn)離直導(dǎo)線時，線框內(nèi)的磁通量減小，根據(jù)“增反減同”的原則，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，即垂直紙面向里，再由安培定則可判斷出感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時針。

2.以回路面積的變化阻礙磁通量的變化，理解為“增縮減擴”。

如果閉合回路面積可以變化，則磁通量的變化引起的感應(yīng)電流會使回路面積有擴大或縮小的趨勢。當(dāng)磁通量增加時，回路面積有“收縮”的趨勢，以阻礙磁通量的增加；反之有“擴張”趨勢。

例2.如圖所示，ef、gh為兩水平放置相互平衡的金屬導(dǎo)軌，ab、cd為擱在導(dǎo)軌上的兩金屬棒，與導(dǎo)軌接觸良好且無摩擦。當(dāng)一條形磁鐵向下靠近導(dǎo)軌時，關(guān)于兩金屬棒的運動情況的描述正確的是（ ）

A.兩棒相互靠近 B.兩棒相互遠(yuǎn)離

C.兩棒均均靜止 D.因磁鐵極性不明，無法確定

分析：由于條形磁體向下運動，回路的磁通量在增加，回路的面積有收縮的趨勢，因此兩棒相互靠近，與下端是哪個極無關(guān)，D正確。

3.以閉合回路位置移動（或閉合回路轉(zhuǎn)動）阻礙磁通量的變化，理解為“增小減大”。

當(dāng)閉合回路的原磁通量增加時，閉合回路將向磁通量小的方向移動（或?qū)⑥D(zhuǎn)動），以阻礙磁通量的增加；當(dāng)原磁通量減小時，閉合回路將向磁通量大的方向移動（或?qū)⑥D(zhuǎn)動），以阻礙磁通量的減小，概括為“增小減大”。

例3：如圖所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)體線圈，當(dāng)滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動過程中，線圈ab將（ ）

A.靜止不動 B.順時針轉(zhuǎn)動 C.逆時針轉(zhuǎn)動 D.發(fā)生轉(zhuǎn)動，但因電源的極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動方向

分析：當(dāng)P向右滑動時，電路中電阻增大，電流減小，通過線圈ab的磁通量減小，線圈ab為了阻礙磁通量的減小，由以上對楞次定律的理解，可知線圈ab將順時針轉(zhuǎn)動。

4.阻礙導(dǎo)體間的相對運動，理解為“來拒去留”。

若磁通量變化是由于導(dǎo)體與磁體間的相對運動引起的，那么感應(yīng)電流阻礙原磁通量的變化可以理解為阻礙導(dǎo)體間的相對運動。當(dāng)磁體靠近時，感應(yīng)電流的磁場要拒之，當(dāng)磁體遠(yuǎn)離閉時，感應(yīng)電流的磁場要留之，即“來拒去留”。從運動效果看，可表述為“靠退離追”。

例4：如圖所示，當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運動時，銅環(huán)的運動情況是（ ）

A.向右擺動 B.向左擺動

C.靜止 D.不能判定

分析：磁鐵向右運動時，由對楞次定律理解可知，銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場，總是阻礙導(dǎo)體間的相對運動，根據(jù)“來拒去留”原則，磁鐵與銅環(huán)間一定是相互排斥的作用。故A正確。

5.阻礙線圈自身電流變化的角度來看——“自感現(xiàn)象”。

當(dāng)線圈中自身電流增加時，線圈中自感電流的方向與原電流方向相反，阻礙原電流的增大；當(dāng)線圈中自身電流減小時，線圈中自感電流的方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。

例5.如圖所示

由以上分析可知，只要熟練掌握楞次定律的推廣應(yīng)用，就可以得心應(yīng)手地解決相關(guān)問題。對解決不同類型的電磁感應(yīng)問題十分方便快捷，往往能達(dá)到事半功倍的效果。同時多角度理解楞次定律可以幫助學(xué)生更好地應(yīng)用，也會使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中學(xué)會多向思維，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。