談楞次定律中的安培力

韓杰

高中物理對很多同學(xué)來說，都是一個很難學(xué)的學(xué)科。而在高中物理范圍內(nèi)，電磁學(xué)又是更難學(xué)的一部分。尤其是楞次定律中涉及安培力的問題，使很多同學(xué)望而生畏。

楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場，總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化。那么，對于感應(yīng)電流的磁場到底是如何阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化的呢？我們首先分析這樣一個問題：

例題1：如圖所示，MN，PQ為同一水平面的兩平行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的磁場，導(dǎo)體ab，cd與導(dǎo)軌有良好的接觸并能滑動，當ab沿軌道向右滑動時，則（ ）

A.cd向右滑 B.cd不動

C.cd向左滑 D.無法確定

分析：對于本題來說，我們只知道磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面，但是不知道是垂直向里，還是垂直向外，所以，我們先假設(shè)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向里。那么，當導(dǎo)體ab向右滑動時，根據(jù)右手定則可以判斷出，導(dǎo)體棒ab中的電流由b向a，即導(dǎo)體cd中的電流為由c到d，此時，導(dǎo)體棒cd所受到的安培力向右，因此，cd向右滑。而如果磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向外，當導(dǎo)體ab向右滑動時，根絕右手定則判斷出導(dǎo)體棒ab中的電流方向由a到b，則cd棒中的電流由d到c。由于磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向外，根據(jù)左手定則可以判斷cd棒仍然向右滑動。

根據(jù)此題的結(jié)果，我們可以得出一個結(jié)論，ab棒向右滑動，會引起閉合回路中磁通量的減小，而cd棒向右運動，則是為了阻礙閉合回路中磁通量的減小，無論磁場方向如何，cd棒為了阻礙減小磁通量的變化，運動方向都是向右的。

通過大量的習題和實踐，我們可以對楞次定律得出了一個新的理解：感應(yīng)電流受到的安培力的作用效果，總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化。也就是說，我們可以直接從閉合回路中磁通量的變化，來判斷通電導(dǎo)線受安培力作用后的運動方向。如果感應(yīng)電流是由于閉合回路中磁通量增加而產(chǎn)生的，那么感應(yīng)電流所受到的安培力的作用效果就是使回路中的磁通量減少；同樣，如果感應(yīng)電流是由于回路中的磁通量減少而產(chǎn)生的，那么，感應(yīng)電流所受到的安培力的作用效果就是使回路中的磁通量增加。我們通過下面的習題來分析一下這個結(jié)論：

例題2：如圖所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行，當電鍵S接通一瞬間，兩銅環(huán)的運動情況是（ ）

A.同時向兩側(cè)推開

B.同時向螺線管靠攏

C.一個被推開，一個被吸引，但因電源正負極未知，無法具體判斷

D.同 時 被 推 開 或 同 時 向 螺 線 管 靠 攏，但 因 電 源 正 負 極未 知，無 法 具 體 判 斷

分析：電源接通的瞬間，會使螺線管中的磁通量增加，同時兩小銅環(huán)中的磁通量增加，由于安培力的效果是阻礙磁通量的增加，所以，安培力會使銅環(huán)中的磁通量減少，即使銅環(huán)向外推開。

如果本題先根據(jù)楞次定律判斷電流方向，再判斷安培力方向，則需要分兩種情況進行討論，要花費很長的時間才能做出準確的判斷，而且容易出錯。運用安培力的作用效果，不但能做出更準確的判斷，而且能節(jié)省很多時間。

例題3：如圖所示，當金屬棒a在金屬軌道上運動時，線圈b向左擺動，則金屬棒a （ ）

A、向左勻速運動

B、向左加速運動

C、向右加速運動

D、向右減速運動

分析：線圈b向左擺動的過程，是遠離金屬棒a的過程，是使線圈b磁通量減小的過程，因此，擺動過程是為了阻礙磁通量的增加，也就是說，螺線管中的磁通量在增加，即導(dǎo)線匯中的電流在增加，所以，金屬棒a是加速運動。即B、D兩個答案正確。

結(jié)合以上幾個例題，我們可以對關(guān)于感應(yīng)電流在磁場中運動的問題有一個更便捷的解題方法：感應(yīng)電流的安培力的作用效果，是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量的變化。

高中物理人教版選修3-2的14頁問題與練習中第6題：

如圖中的兩個鋁環(huán)，一個是閉合的，一個是斷開的，橫梁可以繞中間的支點轉(zhuǎn)動。用磁鐵的任意一極去接近閉合鋁環(huán)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？把磁鐵從閉合環(huán)移開，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？磁鐵移近或遠離斷開鋁環(huán)，又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？

分析：根據(jù)我們前面得出的結(jié)論：對于閉合鋁環(huán)來說，磁鐵靠近時，鋁環(huán)中的磁通量增加，因此，安培力的作用效果是阻礙磁通量的增加，則鋁環(huán)將遠離磁鐵，即鋁環(huán)會后退。而磁鐵遠離鋁環(huán)時，鋁環(huán)中的磁通量減小，安培力的作用效果要阻礙磁通量的減小，則鋁環(huán)將靠近磁鐵，即鋁環(huán)將跟隨磁鐵向同一個方向運動。而對于斷開的鋁環(huán)來說，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，則沒有安培力的作用，自然不會隨磁鐵的運動而運動。

我們再分析這樣一個習題：

例題4：如圖，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈.當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力N及在水平方向運動趨勢的正確判斷是（ ）

A.N先小于mg后大于mg，運動趨勢向左

B.N先大于mg后小于mg，運動趨勢向左

C.N先小于mg后大于mg.運動趨勢向右

D.N先大于mg后小于mg，運動趨勢向右

此題對大部分同學(xué)來說，都是一個難度很大的問題。如果按照常規(guī)的思維來分析，首先需要判斷磁鐵靠近和遠離線圈的兩個過程中，線圈中磁通量的變換情況，然后判斷線圈感應(yīng)電流的方向，再用左手定則判斷線圈導(dǎo)線受到的安培力的方向。這中間，還需要對安培力進行分解，才能準確地判斷出線圈受到的安培力分別在豎直方向和水平方向分力的方向。但是如果直接分析安培力的作用效果，此題就變的非常簡單了。

分析：磁鐵從線圈上方進過時，磁鐵是先靠近磁鐵，后遠離磁鐵。磁鐵靠近線圈，使線圈中的磁通量增加，因此，線圈受到的安培力將會使線圈遠離磁鐵，即磁鐵向右、向下運動，所以N大于mg，線圈運動趨勢向右。磁鐵遠離線圈，使線圈中的磁通量減小，因此，線圈受到的安培力使線圈靠近磁鐵，即磁鐵向右、向上運動。所以N小于mg，運動趨勢向右。

物理學(xué)科來源于生活，應(yīng)用于生活，只要我們能細心地觀察，認真地分析，很容易得出結(jié)論的。所以，我們只要觀察、認真分析生活中的常見的一些問題，學(xué)好物理，不再是難題。

參考文獻

[1]普通高中課程標準實驗教科書高中物理選修3-2（人教版）。