淺談楞次定律的理解及應(yīng)用

馬坡

摘 要：楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。在運(yùn)用楞次定律時(shí)一定要注意：“阻礙”不等于“反向”，“阻礙”不是“阻止”，我們可以從三個(gè)角度理解“阻礙”的含義。

關(guān)鍵詞：磁通量變化率；感應(yīng)電流；楞次定律；安培力

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2016）17-016-02

楞次定律是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，更是一個(gè)難點(diǎn)。在歷年高考中所占分值較高，考察題型一般多為選擇題，考察難度中等，考試綜合程度較高。

楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

一、理解方法：

1、楞次定律解決的是感應(yīng)電流的方向問題。它關(guān)系到兩個(gè)磁場(chǎng)：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（新產(chǎn)生的磁場(chǎng)）和引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（原來就有的磁場(chǎng)）。前者和后者的關(guān)系不是同向或反向的簡(jiǎn)單關(guān)系，而是前者阻礙后者變化的關(guān)系。

2、運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的步驟：

明確穿過閉合電路的原磁場(chǎng)方向。

明確穿過閉合電路的磁通量是增加還是減少；

根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向；

利用安培定則判定感應(yīng)電流的方向。

3、在運(yùn)用楞次定律時(shí)一定要注意：“阻礙”不等于“反向”，“阻礙”不是“阻止”，我們可以從以下三個(gè)角度理解“阻礙”的含義。

從“阻礙磁通量的變化”的角度來看，無論什么原因，只要使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生了變化，就一定有一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生?！白璧K”的不是磁感應(yīng)強(qiáng)度B，，也不是磁通量Φ，而是穿過閉合回路磁通量的變化。

從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守恒來解釋：既然有了感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，又由于感應(yīng)電流是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，因此機(jī)械能減少。磁場(chǎng)力對(duì)物體做負(fù)功，是阻力，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

從阻礙“自身電流變化”的角度看，就是自感現(xiàn)象。

二、楞次定律得應(yīng)用

例1 如圖所示，閉合線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的 N 極朝下但未插入線圈內(nèi)部。當(dāng)磁鐵向上運(yùn)動(dòng)時(shí)（ ）

A.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互吸引

B.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互排斥

C.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互吸引

D.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互排斥

分析：解法一 由增反減同，N極向下運(yùn)動(dòng)，原磁通量增加，感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，解法二 由安培定則知感應(yīng)電流方向與圖中箭頭方向相同，解法三 由來拒去留，知磁鐵與線圈相互排斥，故B正確。

例2如圖所示，ef、gh為兩水平放置相互平衡的金屬導(dǎo)軌，ab、cd為擱在導(dǎo)軌上的兩金屬棒，與導(dǎo)軌接觸良好且無摩擦。當(dāng)一條形磁鐵向下靠近導(dǎo)軌時(shí)，關(guān)于兩金屬棒的運(yùn)動(dòng)情況的描述正確的是（ ）

A.如果下端是N極，兩棒向外運(yùn)動(dòng)；如果下端是S極，兩棒相向靠近

B.如果下端是S極，兩棒向外運(yùn)動(dòng)；如果下端是N極，兩棒相向靠近

C.不管下端是何極，兩棒均向外互相遠(yuǎn)離

D.不管下端是何極，兩棒均互相靠近

分析：條形磁體向下運(yùn)動(dòng)，回路的磁通量在增加，回路的面積有收縮的趨勢(shì)，所以兩棒相互靠近，與下端是哪個(gè)極無關(guān)，D正確。

例3 如圖所示，L1，L2為兩盞規(guī)格相同的小燈泡，線圈的直流電阻與小燈泡的電阻相等，安培表電阻不計(jì)。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，安培表中指示某一讀數(shù)，下列說法中正確的是（ ）

A.開關(guān)S閉合時(shí)，L1，L2都立即變亮

B.開關(guān)S閉合時(shí)，L2立即變亮，L1逐漸變亮

C.開關(guān)S斷開瞬間，安培表有可能燒壞

D.開關(guān)S斷開時(shí)，L2立即熄滅，L1逐漸熄滅

分析：開關(guān)S閉合，線圈中原電流在增大，感應(yīng)電流阻礙其增大，所以L1立即變亮，L2逐漸變亮，；開關(guān)S斷開時(shí)，線圈中電流在減小，感應(yīng)電流阻礙其減小，L1逐漸熄滅，L2立即熄滅。D正確。

例4 如圖所示，粗糙水平桌面有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈。當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中AB正上方等高快速經(jīng)過時(shí)，若線圈始終不動(dòng)，則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的正確判斷是（ ）

FN先小于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左

FN先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左

FN先小于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向右

FN先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向右

答案：D

分析：當(dāng)條形磁鐵從線圈中AB正上方等高快速經(jīng)過時(shí)，矩形線圈中的磁通量發(fā)生變化，因此回路中要產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流表現(xiàn)出來的力學(xué)效果有“來拒去留”，使線圈面積“贈(zèng)縮減擴(kuò)”等。之所以會(huì)表現(xiàn)這樣的結(jié)果，本質(zhì)上是磁場(chǎng)對(duì)電流或磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用。

解法一 條形磁鐵從線圈中AB正上方等高快速經(jīng)過時(shí)，通過線圈的磁通量先增大后減小，當(dāng)通過線圈平面的磁通量增大時(shí)，為阻礙其增大，在豎直方向上線圈有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以線圈受到的支持力會(huì)大于重力，在水平方向上有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，當(dāng)通過線圈的磁通量減小時(shí)，為阻礙其減小，在豎直方向上線圈有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以線圈受到的支持力會(huì)小于重力，在水平方向上有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。綜上所述，線圈受到的支持力先大于重力后小于重力，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總是向右。

解法二 當(dāng)條形磁鐵從左邊向線框中心運(yùn)動(dòng)過程中，磁通量增大，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，線圈的左右兩邊受到的安培力也有向下的分力，因此線圈受到的安培力如圖中所示F1、F2。由于F1、F2都有向下的分力，同理可以分析出另外兩邊受到的安培力也有向下的分力，因此線圈受到的支持力會(huì)大于線圈的重力，同時(shí)F1向右的水平分力大于F2向左的水平分力，因此整體有向右的趨勢(shì)。當(dāng)條形磁鐵過了線圈的中心繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們可以采用同樣的方法來分析。

發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生一些“來拒去留”、線圈面積“增縮減擴(kuò)”的機(jī)械效果，這些效果都是磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力作用的效果，根據(jù)物體間里的作用是相互的可知，本題中條形磁鐵受感應(yīng)電流對(duì)它的作用力先向左上到線圈中心時(shí)水平向左，然后再向左下。

楞次定律可以從不同的角度去理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)感應(yīng)電流所產(chǎn)生的機(jī)械效果的判定，不一定從感應(yīng)電流方向的判定入手，可直接利用感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的磁通量變化相“阻礙”或受理產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果去判定，既簡(jiǎn)單又方便。不同的解法是從不同的角度對(duì)問題進(jìn)行分析的，但分析的結(jié)果是一致的。

參考文獻(xiàn)：

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