高中物理教学对楞次定律的理解和应用

李元福

摘要：在高中物理教学中，学生不仅要记住楞次定律的内容，而要去深刻理解其含义、准确把握其实质，并在解决实际问题的过程中加以灵活应用，这样才能更好地学习和掌握楞次定律。

关键词：高中物理；楞次定律；理解应用

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2016）09-0295-01

楞次定律是电磁感应的一个重要定律，也是高中物理教学的难点之一，教师感到难教，学生感到难学。楞次定律其内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。从定律的内容看，它本身并没有直接给出感应电流的方向，也没有直接给出感应电流产生的磁场的方向，而是给出感应电流的一个特点，就是感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。学生仅记住定律的内容，而没有去深刻理解其含义、准确把握其实质，在解决实际问题的过程中就不能灵活应用。

1.传统教学的困局

传统的《楞次定律》一节时，是从条形磁铁相对螺线管运动的实验出发，引导学生将"感应电流的磁场作为"中介"，通过填表比较，归纳出楞次定律的表述："感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

这种传统的教学安排，涉及原磁场方向、感应电流方向、线圈绕向、感应电流的磁场方向、磁场的变化方向等众多要素，早已受到了"现象多、过程复杂，效果不够好"的评价。对此，正是本节演示实验存在的问题，才造成了长期以来教学的困境，并陈述了三个理由。

1.1有违物理教学的简单性原则。学生不能够直接从"螺线管四组实验"中判断出感生电流的方向。这是因为由"磁铁插入、拔出线圈"和"灵敏电流计指针摆动"两个仅有的实验现象判断感生电流的方向，需要经过（灵敏电流计接线柱的电流）"正进负出"和"线圈绕向"两个思维环节，使得思维链条过长。

1.2没能使用"分离与控制变量"的科学方法，使教学变得复杂。实验将感生电流方向和感生电流的磁场方向两个变量同时呈现，增加了教学问题的复杂程度。

1.3由实验不能判断出感生电流的磁场方向。因此，正是实验的选取不当造成了教学逻辑的繁冗，所以，这种方式必须予以改变。当然，教材在"楞次定律的应用"部分为我们提供了一定的启示。

2.理解楞次定律的含义

首先，楞次定律的关键词是"阻碍"，只有深度领会、全面把握"阻碍"的含义，才能把握定律的实质。阻碍不是阻止，感应电流的磁场对原磁场磁通量的变化有阻碍作用，而不是阻止了原磁场的变化，因为原磁通量的变化是引起感应电流的必要条件，若这种变化被阻止了感应电流就不可能产生。阻碍的作用只是使闭合电路中的磁能量的变化的进程延缓了。

其次，"阻碍"应理解为"反抗"或"补偿"。感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化表现为：当原磁通量增加时感应电流的磁场与原磁场的方向相反，以"反抗"原磁场的方向而增加；当原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，以"补偿"原磁通量的减小。可见，"阻碍"的方式是感应电流产生的磁场与原磁场方向相同或相反。为什么会有"阻碍"作用呢？这正是能的转化和守恒的反映，因为在克服这种"阻碍"的过程中，其他形式的能转化为电能。

再次，在电磁感应现象中磁场分为两部分，一部分是感应电流产生的磁场，另一部分是引起感应电流的磁场即原磁场。因此，在应用楞次定律时一定要注意区分原磁场和感应电流的磁场，绝不能混淆不清。引起感应电流的原因是原磁场的磁通量的变化，不是原磁场的变化，因为原磁场变化而原磁场的磁通量不一定变化。例如，原磁场的磁感应强度由1T均匀变为2T，垂直磁场方向的投影面积由0.5m2均匀变为0.25m2，而原磁场的磁通量始终是0.5Wb。

3.理解楞次定律的行为

第一、当闭合回路的磁能量发生变化时，回路中就有感应电流产生，感应电流的磁场反过来又对原磁场的变化起阻碍作用，即为楞次定律的行为表现。磁通量的变化的原因不同，具体表现出来的"效果'也不同。例如，由于磁场变化，感应电流的磁场阻碍原磁场的变化，即为"增反减同"；由于面积变化阻碍原磁通量的变化，即为"增缩减扩"；由于相对运动阻碍原磁场的变化，即为"近斥离吸"。简单的说对于楞次定律只要抓住四个字——"阻碍"、"变化"。

第二、如果闭合回路的磁能量发生变化是由于磁体和闭合回路（或回路的部分导体）的相对运动引起的，则感应电流所受原磁场的安培力来表现。其它力一样，感应电流的安培力，有使物体形变和改变物体运动状态的两大效果。使物体形变能阻碍原磁通量变化；改变物体的运动状态也能阻碍原磁通量的变化。这就是楞次定律阻碍特性的广义含义的本质。

第三，如果原磁场是由电流产生的，当通过导体的电流发生变化时，回路中感应电流总是阻碍原电流的变化。如互感和自感现象中的电流阻碍，即为楞次定律的电行为表现.通过上述几种情况的分析，在实际应用解题中加以总结不难发现这样的规律：感应电流与原磁场作用的结果，总是阻碍过程的进行。即效果阻碍原因。只要对"原因"和"效果"进行合理的延伸和扩展，就可以直接判定电磁感应产生的各种结果和现象，从而避开一步步繁琐的判定过程。

4.理解楞次定律的本质

楞次定律的深刻意义在于它是普遍的能量转化与守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。能量不能无中生有，感应电流的能量也只能从其它形式的能量转化而来，这种转化正是通过阻碍作用表现出来的。如条形磁铁插入或拔出闭合线圈的过程中要产生感应电流，由楞次定律可知磁铁无论插入或拔出，都必须克服磁场的斥力或引力做功，从而在此过程中消耗机械能转化为电能再转化为内能。应电流的方向遵守楞次定律本身就说明了楞次定律的本质就是能量守恒定律，或者说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。

5.楞次定律的应用

应用楞次定律判断感应电流的方向的一般步骤：（1）明确原磁场的方向和原磁场的磁通量的变化情况，（2）根据楞次定律中所说的"阻碍"作用确定感应电流产生的磁场的方向，（3）利用安培定则判断出感应电流的方向。对楞次定律的理解一定要抓住定律中的四个字"阻碍""变化"，或广义表述中的"反抗""原因"。

应用时首先要判断原磁场的方向和磁通量的变化情况，再根据楞次定律和安培定则判断感应磁场的方向，特别是在很多问题中，不需要要判断感应电流的方向这一类问题，应用时抓住感应电流的效果总是要反抗引起感应电流的原因，将很方便地解题。