正确理解楞次定律之“阻碍”

2017-12-14 03:17:41甘肃省高台县第一中学马占宝

中学生数理化(高中版.高考理化) 2017年3期

关键词：金属环阻碍楞次定律

■甘肃省高台县第一中学马占宝

正确理解楞次定律之“阻碍”

■甘肃省高台县第一中学马占宝

1834年,楞次在概括了大量实验事实的基础上,总结出了一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律。楞次定律是电磁学中的一条最重要的定律之一,利用它,可以判断出电磁感应现象中感应电流的方向。

一、同学们在学习楞次定律时,感觉难以理解和熟练应用的三个主要原因

1.从静到动的一个飞跃：同学们在学习“楞次定律”之前所学的电场和磁场只是局限于“静态场”考虑,而楞次定律所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系,是一种“动态场”,显然“静到动”是一个大的飞跃,理解起来必定要感觉困难一些。

2.内容、关系的复杂性：楞次定律涉及的物理量多,关系复杂。产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场两者都处于同一线圈中,且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化,它们之间既相互依赖又相互排斥。同学们如果不能够明确各物理量之间的关系,势必会感觉思路混乱,影响对该定律的理解。

3.同学们知识、能力的储备不足：要想理解楞次定律必须具备一定的思维能力,而大多数同学的抽象思维和空间想象能力还不是很强,对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性,导致在某些问题的理解上容易出现差错。

二、正确理解楞次定律的内容及“阻碍”的含义

1.楞次定律的内容：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。

2.对“阻碍”二字的理解：要正确全面地理解楞次定律必须从“阻碍”二字上下工夫,这里起“阻碍”作用的是“感应电流的磁场”,它阻碍“原磁通量的变化”,不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁通量。不能认为“感应电流的磁场必然与原磁场的方向相反”或“感应电流的方向必然与原电流的流向相反”。当穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反;当穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同。另外,“阻碍”不能理解为“阻止”,原磁场是主动的,感应电流的磁场是被动的,原磁通量仍然要发生变化,是阻止不了的,感应电流的磁场只是起阻碍作用而已。因此楞次定律也可以表述为：闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化。也可以简练地表述为：感应电流的效果,总是阻碍引起感应电流的原因。

图1

例1 如图1所示,光滑的水平桌面上放着两个完全相同的金属环a和b,当一条形磁体的S极竖直向下迅速靠近两环中间时,则( )。

A.金属环a、b静止不动

B.金属环a、b相对靠近

C.金属环a、b相对远离

D.金属环a、b向上跳起

解析：因为条形磁铁向下运动使得通过金属环a、b的磁通量发生变化,所以金属环a、b中将产生感应电流,感应电流与磁铁间存在阻碍磁铁与金属环相互靠近的作用力,使得两金属环向远离磁铁的方向运动。答案为C。

点评：感应电流的效果,总是阻碍引起感应电流的原因。条形磁铁向下运动引起金属环中的磁通量增加,两金属环唯有远离,才能阻碍其磁通量的增加。

3.弄清最基本的因果关系：感应磁场与原磁场的磁通量变化之间是阻碍与被阻碍的关系,原磁场磁通量的变化是因,感应电流的产生是果,原因引起结果,结果又反作用于原因,二者相互作用。

4.正确认识楞次定律与能量转化的关系：楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现,感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,因此为了维持原磁场磁通量的变化,就必须存在动力的作用,这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功,将其他形式的能转变为感应电流的电能。

5.多角度理解楞次定律：从反抗效果的角度来理解,感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因,这是楞次定律的另一种表述。依这一表述,楞次定律可以推广为：(1)阻碍原磁通量的变化,可以把原磁场与感应电流的磁场方向之间的关系理解为“增反减同”;(2)阻碍(导体的)相对运动(由导体相对磁场运动引起感应电流的情况),可以理解为“来拒去留”;(3)阻碍回路面积的变化(由磁场相对电路运动引起感应电流的情况),可以理解为“增缩减扩”。

例2 (2016年高考上海卷)如图2甲所示,螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,规定图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间t按如图2乙所示的规律变化时,则( )。