高中物理教學對楞次定律的理解和應用

李元福

摘要：在高中物理教學中，學生不僅要記住楞次定律的內容，而要去深刻理解其含義、準確把握其實質，并在解決實際問題的過程中加以靈活應用，這樣才能更好地學習和掌握楞次定律。

關鍵詞：高中物理；楞次定律；理解應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）09-0295-01

楞次定律是電磁感應的一個重要定律，也是高中物理教學的難點之一，教師感到難教，學生感到難學。楞次定律其內容：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。從定律的內容看，它本身并沒有直接給出感應電流的方向，也沒有直接給出感應電流產生的磁場的方向，而是給出感應電流的一個特點，就是感應電流產生的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。學生僅記住定律的內容，而沒有去深刻理解其含義、準確把握其實質，在解決實際問題的過程中就不能靈活應用。

1.傳統(tǒng)教學的困局

傳統(tǒng)的《楞次定律》一節(jié)時，是從條形磁鐵相對螺線管運動的實驗出發(fā)，引導學生將"感應電流的磁場作為"中介"，通過填表比較，歸納出楞次定律的表述："感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

這種傳統(tǒng)的教學安排，涉及原磁場方向、感應電流方向、線圈繞向、感應電流的磁場方向、磁場的變化方向等眾多要素，早已受到了"現(xiàn)象多、過程復雜，效果不夠好"的評價。對此，正是本節(jié)演示實驗存在的問題，才造成了長期以來教學的困境，并陳述了三個理由。

1.1有違物理教學的簡單性原則。學生不能夠直接從"螺線管四組實驗"中判斷出感生電流的方向。這是因為由"磁鐵插入、拔出線圈"和"靈敏電流計指針擺動"兩個僅有的實驗現(xiàn)象判斷感生電流的方向，需要經過（靈敏電流計接線柱的電流）"正進負出"和"線圈繞向"兩個思維環(huán)節(jié)，使得思維鏈條過長。

1.2沒能使用"分離與控制變量"的科學方法，使教學變得復雜。實驗將感生電流方向和感生電流的磁場方向兩個變量同時呈現(xiàn)，增加了教學問題的復雜程度。

1.3由實驗不能判斷出感生電流的磁場方向。因此，正是實驗的選取不當造成了教學邏輯的繁冗，所以，這種方式必須予以改變。當然，教材在"楞次定律的應用"部分為我們提供了一定的啟示。

2.理解楞次定律的含義

首先，楞次定律的關鍵詞是"阻礙"，只有深度領會、全面把握"阻礙"的含義，才能把握定律的實質。阻礙不是阻止，感應電流的磁場對原磁場磁通量的變化有阻礙作用，而不是阻止了原磁場的變化，因為原磁通量的變化是引起感應電流的必要條件，若這種變化被阻止了感應電流就不可能產生。阻礙的作用只是使閉合電路中的磁能量的變化的進程延緩了。

其次，"阻礙"應理解為"反抗"或"補償"。感應電流的磁場阻礙原磁通量的變化表現(xiàn)為：當原磁通量增加時感應電流的磁場與原磁場的方向相反，以"反抗"原磁場的方向而增加；當原磁通量減小時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同，以"補償"原磁通量的減小?？梢姡?阻礙"的方式是感應電流產生的磁場與原磁場方向相同或相反。為什么會有"阻礙"作用呢？這正是能的轉化和守恒的反映，因為在克服這種"阻礙"的過程中，其他形式的能轉化為電能。

再次，在電磁感應現(xiàn)象中磁場分為兩部分，一部分是感應電流產生的磁場，另一部分是引起感應電流的磁場即原磁場。因此，在應用楞次定律時一定要注意區(qū)分原磁場和感應電流的磁場，絕不能混淆不清。引起感應電流的原因是原磁場的磁通量的變化，不是原磁場的變化，因為原磁場變化而原磁場的磁通量不一定變化。例如，原磁場的磁感應強度由1T均勻變?yōu)?T，垂直磁場方向的投影面積由0.5m2均勻變?yōu)?.25m2，而原磁場的磁通量始終是0.5Wb。

3.理解楞次定律的行為

第一、當閉合回路的磁能量發(fā)生變化時，回路中就有感應電流產生，感應電流的磁場反過來又對原磁場的變化起阻礙作用，即為楞次定律的行為表現(xiàn)。磁通量的變化的原因不同，具體表現(xiàn)出來的"效果'也不同。例如，由于磁場變化，感應電流的磁場阻礙原磁場的變化，即為"增反減同"；由于面積變化阻礙原磁通量的變化，即為"增縮減擴"；由于相對運動阻礙原磁場的變化，即為"近斥離吸"。簡單的說對于楞次定律只要抓住四個字——"阻礙"、"變化"。

第二、如果閉合回路的磁能量發(fā)生變化是由于磁體和閉合回路（或回路的部分導體）的相對運動引起的，則感應電流所受原磁場的安培力來表現(xiàn)。其它力一樣，感應電流的安培力，有使物體形變和改變物體運動狀態(tài)的兩大效果。使物體形變能阻礙原磁通量變化；改變物體的運動狀態(tài)也能阻礙原磁通量的變化。這就是楞次定律阻礙特性的廣義含義的本質。

第三，如果原磁場是由電流產生的，當通過導體的電流發(fā)生變化時，回路中感應電流總是阻礙原電流的變化。如互感和自感現(xiàn)象中的電流阻礙，即為楞次定律的電行為表現(xiàn).通過上述幾種情況的分析，在實際應用解題中加以總結不難發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律：感應電流與原磁場作用的結果，總是阻礙過程的進行。即效果阻礙原因。只要對"原因"和"效果"進行合理的延伸和擴展，就可以直接判定電磁感應產生的各種結果和現(xiàn)象，從而避開一步步繁瑣的判定過程。

4.理解楞次定律的本質

楞次定律的深刻意義在于它是普遍的能量轉化與守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。能量不能無中生有，感應電流的能量也只能從其它形式的能量轉化而來，這種轉化正是通過阻礙作用表現(xiàn)出來的。如條形磁鐵插入或拔出閉合線圈的過程中要產生感應電流，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化為電能再轉化為內能。應電流的方向遵守楞次定律本身就說明了楞次定律的本質就是能量守恒定律，或者說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。

5.楞次定律的應用

應用楞次定律判斷感應電流的方向的一般步驟：（1）明確原磁場的方向和原磁場的磁通量的變化情況，（2）根據(jù)楞次定律中所說的"阻礙"作用確定感應電流產生的磁場的方向，（3）利用安培定則判斷出感應電流的方向。對楞次定律的理解一定要抓住定律中的四個字"阻礙""變化"，或廣義表述中的"反抗""原因"。

應用時首先要判斷原磁場的方向和磁通量的變化情況，再根據(jù)楞次定律和安培定則判斷感應磁場的方向，特別是在很多問題中，不需要要判斷感應電流的方向這一類問題，應用時抓住感應電流的效果總是要反抗引起感應電流的原因，將很方便地解題。