《電磁感應》教學體會

李雪琴

摘要： 本文從感應電流產(chǎn)生的一般條件、感應電流方向的判定、楞次定律應用三方面出發(fā)，研究感應電流與磁場之間的關系，整合課程、整合內(nèi)容、為專業(yè)課程學習打下基礎，使教學真正體現(xiàn)以學生為中心，強化職業(yè)能力培養(yǎng)，切實為高考做好服務。

關鍵詞： 電工基礎課程《電磁感應》產(chǎn)生條件方向判定楞次定律

在電工基礎課程教學中《電磁感應》這一章的核心內(nèi)容是讓同學們掌握電磁感應現(xiàn)象及其規(guī)律，然而教師講起來難，學生學起來難，難就難在它看不見、摸不著、抽象而又是實實在在的東西。我通過幾年的教學實踐談談《電磁感應》這一章的教學體會。

所謂電磁感應，就是研究電—磁之間的相互關系。經(jīng)過人們長期生活實踐和歷代科學家的研究發(fā)現(xiàn)，電和磁不但可以相互轉(zhuǎn)化，而且有一定規(guī)律，和任何事物一樣，它們之間的關系必須具備一定的外部條件。下面以感應電流為例，重點闡述磁—電現(xiàn)象的變化規(guī)律。

一、感應電流產(chǎn)生的一般條件

導體在磁場中做適當?shù)南鄬\動，即切割磁感線將產(chǎn)生感應電流。這是著名物理學家法拉第經(jīng)過實驗得到的結論。這里要特別向?qū)W生講清楚這個定律的兩個方面：一是“由閉合電路的一部分導體在磁場里作切割磁感應線運動是導體會產(chǎn)生感生電流”。我們叫“一段切割”。二是“只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合回路就會產(chǎn)生電流”，簡稱回路磁通量變化。這是一種現(xiàn)象的兩種表現(xiàn)形式。

依照以上所述，老師在課堂上做一些簡單的實驗，學生在一旁觀察、體會。深刻理解感應電流產(chǎn)生的條件：（A）電路閉合。（B）穿過電路內(nèi)部的磁通量發(fā)生變化。兩者缺一不可。在討論電磁感應這個問題時，必須始終牢記“變化”二字。

改變電路內(nèi)部磁通量主要有以下幾種途徑。

根據(jù)法拉第Φ=BScosα；

1.磁感應強度B發(fā)生變化，引起閉合線圈內(nèi)部磁通量變化。如圖a、b。

a b

2.閉合線圈面積發(fā)生變化，引起閉合線圈內(nèi)部磁通量發(fā)生變化。如圖c。

c d

3.置于磁場中的閉合線圈平面與磁感應強度B的方向之間的夾角發(fā)生變化時，閉合線圈內(nèi)的磁通量將發(fā)生變化。如圖d。

通過以上講解和實驗，學生對感應電流的產(chǎn)生和變化形成了基本的概念。

二、感應電流方向的判定

有感應電流的產(chǎn)生，就有其流動的方向。經(jīng)過大量實踐證明感應電流的判定可分為兩種情況，分別敘述如下。

第一，在閉合線圈的一部分作切割感應線運動時，線路中將有感應電流流過，這時感應電流的方向可用右手定則判定，具體步驟如下：伸出右手，使拇指與四指垂直，并跟手掌在同一平面內(nèi)，那么四個手指所指的方向就是感應電流的方向（實驗圖略）。讓同學們觀察電流表反復實踐幾次驗證一下電流方向是否和實際測定的相一致。

第二，當閉合線圈內(nèi)部的磁通量發(fā)生變化時，導體內(nèi)部將有感應電流流過，其感應電流的方向可用楞次定律來判定，步驟如下：（1）確定閉合回路中引起感應電流的原磁場方向。（2）確定原磁場磁通量是如何變化的，即增加還是減小。（3）根據(jù)楞次定律確定感應電流的磁場方向。（4）利用安培定則確定感應電流方向。

在同學們利用楞次定律判定感應電流方向時必須注意：“阻礙”不是阻止；阻礙磁通量變化——磁通量增加時阻礙增加（感應電流磁場和原磁場方向相反，起抵消作用）；磁通量減少時阻礙減少（感應電流方向和原磁場方向一致，起補償作用）。

以上所講右手定則和楞次定律，作為判斷感應電流方向的兩種方法，盡管表述不同，但其本質(zhì)是完全一致的。比如前面講的一根導線在磁場中向右運動時，用右手定則判定電流方向很方便，但我們也可以用楞次定律來判定感應電流的方向。導體向右運動時閉合電路的面積減少，穿過閉合電路的磁通量將減少，根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場將阻礙原磁場磁通量的變化，即感應電流磁場方向與原磁場方向一致（垂直向下）。根據(jù)安培定則，感應電流方向按順時針流動，與右手定則所得結果一致。

感應電流方向的判定要讓學生反復練習并熟練掌握。

對以上兩種判定方法在本質(zhì)上的一致性，法拉第曾這樣說：“磁感線的增減不是指磁感線總數(shù)的絕對增加或減少，所謂增加是指存在于空間的磁感線向圈內(nèi)收縮；所謂減少是指通過線圈的磁感線向線圈外空間的擴散。”自然這種增減必然要引起磁感線切割導線。

三、楞次定律的應用

前面所講感應電流的產(chǎn)生和感應電流方向的判定其最終目的在于應用。楞次定律判斷感應電流的方向具有普遍意義，下面我們將通過具體例子的分析作重點說明。

1.現(xiàn)象解釋：首先向?qū)W生提出日常生活中的一些電磁現(xiàn)象方面的問題，然后對此現(xiàn)象作出解釋。如在兩塊磁鐵中間有一個可以自由擺動的金屬A，在金屬板自由擺動的過程中，磁場將起到一個阻礙金屬板擺動的作用，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼現(xiàn)象，我們來討論一下它的原理。

2.分析與解答：對于金屬板A，我們可以認為它是由一系列線框組合而成的，當金屬板進入磁場時，這些線框中的磁通量將增加，根據(jù)楞次定律，這些線框中的感應電流的磁場將阻礙原磁場磁通的增加，由此可知感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，因此可確定A板中感應電流方向，根據(jù)左手定則，A板將受到一個阻礙其運動的磁場力F的作用。

當金屬板A離開磁場時，構成金屬板A的各線框中的磁通量將減少。根據(jù)楞次定律，這些線框中感應電流磁場將阻礙原磁場磁通量的減少，從而形成與進入磁場中時A板中相反的感應電流，根據(jù)左手定則可以確定，金屬板A將受到一個阻礙其離開磁場的磁場力F′作用（F′方向和F方向相反），從而使A板擺動減慢。這個問題也可用能量守恒來解釋，金屬板A在進入與離開磁場過程中，由于金屬板A中將產(chǎn)生感應電流，從而使A板的動能轉(zhuǎn)化為電能，因而A板的動能減少，即磁場將起到一個阻尼A板振動的作用。

這是一個實際應用的例子，通過這個現(xiàn)象使同學們在實踐中更深刻地掌握電磁感應原理。

3.判斷感應電流方向：如圖e有一個閉合的圓形線圈，在其中放置一個條形磁鐵，當條形磁鐵作如下運動時線圈中有無電流？若有感生電流，試判定其感應電流方向；若無感應電流，說明其理由。

（1）條形磁鐵在線圈內(nèi)平面繞中心旋轉(zhuǎn)；進入與穿出線圈內(nèi)部的磁感線條數(shù)恒為零，因而線圈內(nèi)磁通量不發(fā)生變化，線圈內(nèi)無感應電流。

（2）條形磁鐵在線圈內(nèi)平動，進入與穿出線圈內(nèi)部的磁感線條數(shù)恒為零，因而線圈內(nèi)磁通量也不發(fā)生變化，線圈無感應電流。

（3）當條形磁鐵繞軸OO′旋轉(zhuǎn)，若旋轉(zhuǎn)方向是N極向紙外，S極向紙內(nèi)，由于條形磁鐵兩極間磁場較強，因此旋轉(zhuǎn)時線圈內(nèi)磁通量將減少。根據(jù)楞次定律，線圈內(nèi)感應電流磁場將與原磁場方向相同，故線圈中的電流方向按逆時針方向流動。

當條形磁鐵繞OO′旋轉(zhuǎn)且N極向紙外，S極向紙內(nèi)，同理可以判斷線圈內(nèi)感應電流按順時針方向流動。

通過上面的例子和電磁感應實驗，同學們對感生電流的產(chǎn)生和流動方向有了深入的理解，為下節(jié)學習感生電動勢和自感現(xiàn)象等課程打下了基礎。