感應(yīng)電流方向和磁通量的關(guān)系

摘 要: 楞次定律從感應(yīng)電流方向和原磁場方向的關(guān)系角度表述了感應(yīng)電流方向規(guī)律，本文從引起感應(yīng)電流的磁通量變化角度探討感應(yīng)電流方向和磁通量之間的關(guān)系，得到了一系列的結(jié)論，這些結(jié)論在處理許多問題時非常便捷。

關(guān)鍵詞: 感應(yīng)電流方向 磁通量方向 磁通量變化方向

感應(yīng)電流方向的確定是高中物理教學的重點、難點，也是高考的熱點之一。感應(yīng)電流方向遵循楞次定律，用此定律可以判斷任何情況下感應(yīng)電流方向，使用時可從電磁角度分析，用增反減同這一結(jié)論判斷，也可從感應(yīng)電流的機械效果分析，如總是阻礙產(chǎn)生它的相對運動，即用來去拒留這一結(jié)論判斷。現(xiàn)進一步從電磁角度探討這一問題。由人教版選修3—2第9頁實驗可得到如圖1所示的四種現(xiàn)象:

比較甲丙或乙丁可知，在磁通量方向相同，磁通量變化方向(指磁通量增加或減小)相反時，感應(yīng)電流方向相反，可見感應(yīng)電流方向與磁通量變化方向有關(guān)。比較甲乙或丙丁可知，在磁通量變化方向相同，磁通量方向相反時，感應(yīng)電流方向相反，可見感應(yīng)電流方向也與磁通量方向有關(guān)。

根據(jù)以上分析可總結(jié)出:感應(yīng)電流方向由磁通量方向和磁通量變化方向共同決定。

比較甲丁可知，和△方向都相反，但感應(yīng)電流方向卻相同，這可總結(jié)為“反反得同”，第一個“反”是的方向相反，第二個“反”是△的方向相反，第三個“同”是感應(yīng)電流方向相同，以下按相同順序表述。再比較甲丙可知，方向相同，△方向相反，感應(yīng)電流方向相反，這可總結(jié)為“同反得反”。

根據(jù)以上分析總結(jié)出:同同得同，反反得同，同反得反，反同得反。這一結(jié)論在處理很多問題是非常方便的。

示例:如圖2(a)所示，豎直向上的勻強磁場穿過水平放置的閉合金屬線圈，若磁場按圖2(b)所示規(guī)律變化，試畫出感應(yīng)電流的I—t示意圖。(磁感應(yīng)強度向上為正方向，電流以圖a中箭頭為正方向。)

解析:首先根據(jù)楞次定律判定0—t時間內(nèi)，感應(yīng)電流為負方向，因t—t時間內(nèi)的方向與0—t內(nèi)相同，而△方向與0—t內(nèi)相反，由上面的結(jié)論可知，t—t時間內(nèi)感應(yīng)電流方向與0—t內(nèi)相反，即為正方向;仿此可判斷出t—t時間內(nèi)與0—t內(nèi)相反，即為正方向;t—t時間內(nèi)與0—t內(nèi)相同，即為負方向。畫出電流變化規(guī)律如圖2(c)所示。

再進一步分析，由于△=-，△的符號(表方向)就表示磁通量是增加還是減小，又由于△和的符號都是以的符號為參考的，所以感應(yīng)電流的方向也可由△方向確定。必須注意，當增加時，△與同向，當減小時，△與反向，如此圖1可以簡化成下圖3所示:

觀察圖3可得出，△和感應(yīng)電流在方向上的關(guān)系遵循左手螺旋法則，即將左手四指握起，大拇指伸直，并與其余四指垂直，讓大拇指指向△方向，則其余四指就指向感應(yīng)電流的繞向。這樣上述四種情況就變成了一種情況了。用這一結(jié)論重做上題也很便捷。

其實電磁感應(yīng)的本質(zhì)不是產(chǎn)生感應(yīng)電流，而是感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流方向是由感應(yīng)電動勢方向決定的。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n可知，感應(yīng)電流方向是由的符號決定的，在—t圖像上就是圖像上各點的斜率，可見斜率符號就反映了感應(yīng)電流的方向。但必須強調(diào)的是:斜率為正不表示感應(yīng)電流與方向相同，反之亦然，事實上感應(yīng)電流方向和方向是垂直的。盡管如此，我們?nèi)阅軓摹猼圖像上看出不同時間段上感應(yīng)電流方向是否相同。比如圖2的例題，顯然0—t和t—t時間內(nèi)感應(yīng)電流方向相同，和t—t時間內(nèi)感應(yīng)電流方向相反，只要確定了0—t時間內(nèi)的電流方向就可以了。

參考文獻:

[1]趙凱華，陳熙謀編.電磁學(下冊).高等教育出版社，1990:463.