电磁感应现象中的双环问题

汪菊霞

(渭源县大路小学 甘肃 定西 748207)

电磁感应现象和判断感应电流的方向即交互运用楞次定律和右手定则是电磁感应的重点,尤其是穿过环的磁通量发生变化,在环中会产生感应电流的这类问题最为典型.在平时学习中,对单独一个环判断电流流向和环具有收缩或扩张趋势时,学生都较容易理解,但当遇到双环叠加时,在理解上很困惑.针对这个问题,笔者浅析如下.

其实理解双环叠加问题,关键有3点:其一判断穿过环内磁通量的变化,可以引用一个环套在条形磁铁上的原理.对于条形磁铁,在外部磁场从N极指向S极,所有外部磁场经S极进入指向N极,从而形成闭合曲线.当环套在磁铁上时,磁体内部从S极到N极的磁场全部穿过环,而磁体外部由N极指向S极的磁场只有部分从相反方向穿过环.因此,穿过环的磁通量是指穿过的净磁场通量,与磁体内部磁场方向相同.其二判断感应电流方向时,应用楞次定律和安培定则,根据原电流的变化判断出要讨论环内净磁场通量的变化,进而根据楞次定律确定感应电流产生的磁场方向,最后由安培定则判断出感应电流的方向.其三判断环的扩张与收缩趋势时,可引用两通电直导线的原理.对于两直导线,若通入同向电流时,其中一根通电直导线在另一根通电导线产生的磁场中,会受到安培力作用而彼此靠近,若通入反向电流则相互排斥而远离.把这一原理可以应用到双环叠加的情境,若双环中原电流与感应电流同为顺时针或同为逆时针,则两环相互吸引,对于外环而言,具有向内收缩趋势,对于内环而言,具有向外扩张趋势.若双环中原电流与感应电流一是顺时针,一为逆时针,则两环相互排斥.对于外环具有向外扩张的趋势,对于内环具有向内收缩的趋势.在遇到类似问题时,注意上面3个关键点,双环问题将迎刃而解.为了让学生更容易理解,现用具体例子解析.

【例题】如图1所示,P环位于螺线管的中垂面处,当P环中感应电流为顺时针方向(图2)且受背离圆心向外的张力时,则螺线管中电流的方向及大小变化是

A．b→a，减小

B．b→a，增大

C．a→b，减小

D．a→b，增大

图1 图2

解析:为了解题方便,画出右侧侧视图如图2所示,由题意可知外环中电流为顺时针,而此电流为感应电流,内环为螺线管的其中一匝线圈.由外环电流根据安培定则可知外环内净磁场垂直纸面向里,根据楞次定律感应电流的磁场对螺线管即图2中内环中心磁场通量的变化有阻碍作用,那么就有两种情况,一种情况是内环中电流方向也是顺时针即由b到a,并且电流减小,对图2中两环来看,都是顺时针电流,相互吸引,外环有向内收缩趋势,内环有向外扩张趋势,另一种情况是内环中电流方向是逆时针即由a到b,并且增大,对图2中两环来看外环是顺时针电流,内环是逆时针电流,相互排斥,外环有向外扩张趋势,内环有向内收缩趋势.结合题意P环受背离圆心向外的张力.可知此题答案为选项D.