把握定律核心 慎用二級(jí)結(jié)論

宋昌榮

摘 要：物理教學(xué)中，經(jīng)驗(yàn)豐富的老師喜歡利用核心定律命題，依據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)推理、論證、歸納，得到一些有利于考試的結(jié)論，我們稱這些經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論為二級(jí)結(jié)論。對(duì)定律和定理進(jìn)行內(nèi)延或外擴(kuò)而得到的二級(jí)結(jié)論，一方面，應(yīng)做到有的放矢、有理有據(jù)；另一方面，在教學(xué)過(guò)程中，其準(zhǔn)確性應(yīng)經(jīng)得住實(shí)踐的檢驗(yàn)。盲目地將不確切的二級(jí)結(jié)論在課堂上傳授，不僅誤人子弟，違背教師的職業(yè)道德，更有悖于物理學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的學(xué)科特征[1]。

關(guān)鍵詞：楞次定律；二級(jí)結(jié)論；教學(xué)事例

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）8-0039-2

1833年，俄國(guó)物理學(xué)家楞次總結(jié)了安培、法拉第等人對(duì)電動(dòng)力學(xué)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究成果，在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了《關(guān)于用電動(dòng)力學(xué)方法決定感應(yīng)電流方向》的論文，提出了確定感應(yīng)電流方向的定律——楞次定律。楞次定律的表述可歸結(jié)為：“感應(yīng)電流的效果總是反抗引起它的原因?！?/p>

中學(xué)教師在教學(xué)楞次定律時(shí)推廣得到的一些二級(jí)結(jié)論：

①阻礙原磁通量的變化——“增反減同”；

②阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)——“來(lái)拒去留”；

③使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)——“增縮減擴(kuò)”；

④阻礙原電流的變化（自感現(xiàn)象）——“增反減同”；

這些基于楞次定律得到的二級(jí)結(jié)論，在不同場(chǎng)合、不同資料上被廣大教師紛紛引用。筆者通過(guò)兩個(gè)例題，剖析以上二級(jí)結(jié)論的不足之處。

例1 如圖1所示，在條形磁鐵S極附近，有一水平放置的閉合線圈abcd，現(xiàn)將它由位置Ⅰ經(jīng)位置Ⅱ平移至位置Ⅲ，則線圈中感應(yīng)電流的方向及與條形磁鐵的相互作用方向？

解析 條形磁體外部（右側(cè)），磁感線分布情況如圖2所示，靠近S極處密集，遠(yuǎn)處稀疏，由于本題中閉合線圈abcd水平放置，所以在II位置磁通量為零，由圖示中I位置靠近II位置過(guò)程中，磁通量必然減小，感應(yīng)電流應(yīng)為俯視順時(shí)針?lè)较?。此環(huán)形電流等效為小磁鐵（如圖3所示），不難看出，在線圈下降靠近磁體的過(guò)程中，二者是吸引的，同理得到，線圈由II到Ⅲ位置的過(guò)程中，雖然從相對(duì)運(yùn)動(dòng)上來(lái)看是遠(yuǎn)離的，但從相互作用上看確實(shí)是排斥的，可謂“來(lái)留去拒”，正好與二級(jí)結(jié)論②相悖！

例2 如圖4所示，螺線管b置于閉合金屬環(huán)a的軸線上，b中有恒定電流，從某時(shí)刻起， 當(dāng)b中通過(guò)的電流逐漸變大時(shí)，則（ ）

A.環(huán)a有縮小的趨勢(shì)

B.環(huán)a有擴(kuò)張的趨勢(shì)

解析 本題中，螺線管b電流增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)。很多學(xué)生受到上述二級(jí)結(jié)論的影響，認(rèn)為金屬環(huán)a有縮小的趨勢(shì)。

首先，筆者作出a環(huán)處的磁場(chǎng)，（如圖5，設(shè)螺線管b中的電流由左向右），此時(shí)易得：螺線管b電流增大，金屬環(huán)a磁通量增大，依據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)相反，即感應(yīng)電流方向從右向左為逆時(shí)針。由左手定則可得，金屬環(huán)a每個(gè)位置受力均沿半徑向外，金屬環(huán)a有擴(kuò)大的趨勢(shì)?。ㄈ鐖D6） 由此看來(lái)，針對(duì)線圈面積的二級(jí)結(jié)論③：“增縮減擴(kuò)”也存在較大的局限性。

小結(jié) 楞次定律是一條電磁學(xué)的基本定律，借助它可確定電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，進(jìn)而得到感應(yīng)電流的方向。

回路上的感應(yīng)電流是由穿過(guò)該回路的磁通量的變化引起的，那么楞次定律可表述為：“感應(yīng)電流在回路中產(chǎn)生的磁通量總是反抗（或阻礙）原磁通量的變化?！蔽覀兎Q這個(gè)表述為通量表述，——這是二級(jí)結(jié)論①的依據(jù)。感應(yīng)電流的效果是在回路中產(chǎn)生了磁通量，而產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因則是“原磁通量的變化”。

組成回路的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠改變?cè)芈返拇磐?，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)說(shuō)，必有其他形式的能轉(zhuǎn)化為了電能，因而此時(shí)主動(dòng)切割的導(dǎo)體一定做負(fù)功。那么，楞次定律的運(yùn)動(dòng)表述為：“運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體上的感應(yīng)電流受的磁場(chǎng)力（安培力）總是反抗（或阻礙）導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)?！?/p>

教學(xué)過(guò)程中，便于推廣的二級(jí)結(jié)論，應(yīng)具有以下特征：抓住了物理問(wèn)題的本質(zhì)而顯得特別簡(jiǎn)單明了、直截了當(dāng)；能夠顯示判求物理問(wèn)題的通用性，對(duì)題目條件依賴最少。物理學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，我們的教學(xué)更需要嚴(yán)謹(jǐn)，課堂教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生格物究理，探究、掌握概念核心不要盲目傳授、使用二級(jí)結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢呈祥.物理“二級(jí)結(jié)論”在高考中的應(yīng)用及拓展[J]. 物理教學(xué)探討，2009，27（1）：50—52.

（欄目編輯 羅琬華）