淺談物理學(xué)中的“惰性”

高相誠(chéng)

摘要：本文從社會(huì)生活中變革所帶來的阻力/“惰性”出發(fā)來談電磁感應(yīng)中的“阻礙”/“惰性”，從而分析了對(duì)在電磁感應(yīng)過程中判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向重要定律——“楞次定律”的理解，并舉例說明其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；惰性；楞次定律

人們?cè)谏鐣?huì)生活中會(huì)有這樣的感覺，凡是有所變革或變化，通常會(huì)遇到一些阻力。這也許是由于人們對(duì)于司空見慣的事物從心理上有一種認(rèn)同感，亦或許是因?yàn)閷?duì)舊有格局的改變帶給既有利益者的損失，或純粹是一種惰性。

回到中學(xué)所學(xué)的物理學(xué)來看，也有驚人的相似。且不說運(yùn)動(dòng)學(xué)中的慣性定律，沒有外力的變化物體不會(huì)改變其原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，僅在電磁學(xué)的楞次定律中就將這一過程演繹得淋漓盡致。

1.楞次定律內(nèi)容和理解

楞次定律可表述為：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這不能不說與很多社會(huì)現(xiàn)象相似，尤其歷史上許多重大變革都遭遇了極強(qiáng)烈的反對(duì)。而在變革后的平穩(wěn)期則很少有大的阻力。同樣，楞次定律也反映了在沒有磁通量變化時(shí)，也就沒有感應(yīng)電流。

2.與其它定律/定則的區(qū)別

2.1 與法拉第電磁感應(yīng)定律不同

法拉第電磁感應(yīng)定律用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，而楞次定律用于判別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。

2.2 與右手定則、左手定則不同

楞次定律是電磁感應(yīng)過程中判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）方向的重要定律，它的研究和應(yīng)用對(duì)象是閉合回路磁通量變化，而右手定則只是用于導(dǎo)線切割磁感線的情形，是楞次定律的特例。左手定則是研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流的作用力的。

3. 楞次定律推廣應(yīng)用

楞次定律主要用于判別感應(yīng)電流的方向，在出現(xiàn)回路磁通量變化時(shí)要注意運(yùn)用。下面舉例說明楞次定律的應(yīng)用。

例1（2018高考理綜全國(guó)卷Ⅰ第19題）如圖，兩個(gè)線圈繞在同一根鐵芯上，其中一線圈通過開關(guān)與電源連接，另一線圈與遠(yuǎn)處沿南北方向水平放置在紙面內(nèi)的直導(dǎo)線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導(dǎo)線正上方，開關(guān)未閉合時(shí)小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是（）

A.開關(guān)閉合后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動(dòng)

B.開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向

C.開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向

D.開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間再斷開后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動(dòng)

該題考查電磁感應(yīng)、安培定則和楞次定律?？梢赃@樣考慮：開關(guān)閉合后瞬間，因右側(cè)線圈通電而產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向指向右端。而該磁場(chǎng)的出現(xiàn)有使其左側(cè)線圈中的磁通量有增大的趨勢(shì)，因而其感應(yīng)磁場(chǎng)則來削減這樣的趨勢(shì)，方向應(yīng)指向左端，則直導(dǎo)線中感應(yīng)電流方向?yàn)橛赡舷虮?，選項(xiàng)A正確；開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，因左側(cè)線圈中磁通量不變，所以沒有感應(yīng)電流，小磁針恢復(fù)到原來狀態(tài)，選項(xiàng)BC錯(cuò)誤；開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后再斷開后的瞬間，有使線圈中的磁通量減小的趨勢(shì)，而感應(yīng)磁場(chǎng)則試圖去減緩這個(gè)變化，所以感應(yīng)磁場(chǎng)方向指向右端，則直導(dǎo)線中電流方向?yàn)橛杀毕蚰?，小磁針的N極朝垂直向外的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確。

例2（2018高考理綜全國(guó)卷Ⅲ第20題）如圖（a），在同一平面內(nèi)固定有一長(zhǎng)直導(dǎo)線PQ和一導(dǎo)線框R，R在PQ的右側(cè)。導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電流i，i的變化如圖（b）所示，規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導(dǎo)線框R中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（）

該題考查楞次定律和安培定則。此題淋漓盡致地反應(yīng)了楞次定律的“阻礙”作用、“惰性”或者說是補(bǔ)償作用。我們可以把磁通量的變化率與導(dǎo)線中的電流變化率同樣考慮，在四分之一周期時(shí)，電流變化率為0，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，選項(xiàng)A正確。在二分之一周期時(shí)電流變化率最大，電流方向發(fā)生變化，但感應(yīng)磁場(chǎng)的“補(bǔ)償性”或“惰性”恰在此表現(xiàn)出來，感應(yīng)磁場(chǎng)方向仍保持原方向，因而選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確，同理，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛德云.談?wù)勅绾紊羁汤斫饫愦味傻膶?shí)質(zhì).太原教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004年12月第4期61-62頁

[2]楊偉文.楞次定律在能量守恒定律中的詮釋.嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2010年5月第5期41-43頁

[3]王瀅.關(guān)于法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn).中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2007年第4期97-98頁