對楞次定律的理解及推廣應用

金海崗

摘 要： 楞次定律是高中物理教學的重點，也是教學的難點。楞次定律的關鍵在于對“阻礙”的理解及推廣應用。在楞次定律的實際應用中，若根據不同情況采取不同角度理解“阻礙”，應用楞次定律的幾個推論分析問題，會使解題方便、快捷。

關鍵詞： 楞次定律 磁通量 感應電流 阻礙

楞次定律是一條重要的電磁學定律，揭示了電磁感應中感應電流方向的普遍規律，內容：“感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。”楞次定律的理解和應用一直都是學生學習的難點，究其原因，一是沒有弄清物理本質，二是不會將楞次定律推廣靈活應用，從而增加學習難度。本文對此就楞次定律的理解及推廣應用進行探討。

一、深刻理解楞次定律，弄清物理本質

1.搞清楞次定律中“兩個磁場”的關系。

當閉合電路的磁通量發生變化時，閉合電路中就會產生感應電流。這個感應電流會立即產生一個磁場，即感應電流的磁場。這樣電路中存在兩個磁場，即原磁場（產生感應電流的磁場）和感應電流的磁場，不能混淆。

2.正確理解楞次定律中的“阻礙”含義，把握楞次定律實質。

（1）明白誰起阻礙作用——要明確起阻礙作用的是“感應電流的磁場”。

（2）弄清阻礙什么——感應電流的磁場總是阻礙“引起感應電流的磁通量的變化”，即阻礙原磁通量變化。因此“阻礙”不是阻礙原磁場，也不是阻礙原磁通量。

（3）熟悉怎樣阻礙——當原磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反，以“反抗”原磁通量的增加；當原磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場方向相同，以“補償”原磁通量的減少。因此“阻礙”不是“相反”，不能認為感應電流的磁場和原磁場方向相反；“阻礙”不僅具有“反抗”的含義，而且有“補償”的含義，反抗磁通量的增加，補償磁通量的減少。

（4）知道阻礙的結果——阻礙并不是阻止，結果是增加的還增加，減少的還減少。即并沒有阻止磁通量的變化，只是延緩磁通量的變化。

二、正確理解楞次定律與能量守恒定律的聯系

楞次定律在本質上等同于能量守恒定律。在電磁感應現象中，感應電流在閉合電路中流動時將電能轉化為內能，根據能量守恒定律可知，能量不能無中生有，這部分能量只能由其他形式的能量轉化而來。如條形磁鐵插入或拔出閉合線圈的過程中要產生感應電流，由楞次定律可知磁鐵無論插入或拔出，都必須克服磁場的斥力或引力做功，從而在此過程中消耗機械能轉化為電能再轉化為內能。

感應電流的方向遵守楞次定律本身就說明了楞次定律的本質就是能量守恒定律，或者說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現象中的具體表現。

三、楞次定律理解的推廣應用

閉合電路中磁通量的變化會產生感應電流，而引起磁通量變化的原因通常有：原磁通量的變化、導體和磁體間相對運動、原電流的變化等多種不同情況。由于引起磁通量變化的情況不同，那么楞次定律中阻礙磁通量變化的形式將呈現多樣性、豐富性——可能是磁場阻礙，也可能是電流阻礙，也可能是運動阻礙，還可能通過力來阻礙，等等。因此從“阻礙”角度，楞次定律可以推廣為以下幾種具體應用。

1.感應電流的磁場阻礙磁通量的變化，理解為“增反減同”。

當原磁通量增加時，感應電流的磁場方向就與原磁場的方向相反，即“增反”；當原磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場的方向相同，即“減同”。

例1.通有恒定電流I的直導線旁有一個和它共面的閉合到線框，如圖示，當導線框遠離直導線的過程中，導線框內的感應電流的方向如何？

分析：直線電流在線框所在區域的磁場垂直紙面向里，當導線框遠離直導線時，線框內的磁通量減小，根據“增反減同”的原則，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，即垂直紙面向里，再由安培定則可判斷出感應電流的方向應為順時針。

2.以回路面積的變化阻礙磁通量的變化，理解為“增縮減擴”。

如果閉合回路面積可以變化，則磁通量的變化引起的感應電流會使回路面積有擴大或縮小的趨勢。當磁通量增加時，回路面積有“收縮”的趨勢，以阻礙磁通量的增加；反之有“擴張”趨勢。

例2.如圖所示，ef、gh為兩水平放置相互平衡的金屬導軌，ab、cd為擱在導軌上的兩金屬棒，與導軌接觸良好且無摩擦。當一條形磁鐵向下靠近導軌時，關于兩金屬棒的運動情況的描述正確的是（ ）

A.兩棒相互靠近 B.兩棒相互遠離

C.兩棒均均靜止 D.因磁鐵極性不明，無法確定

分析：由于條形磁體向下運動，回路的磁通量在增加，回路的面積有收縮的趨勢，因此兩棒相互靠近，與下端是哪個極無關，D正確。

3.以閉合回路位置移動（或閉合回路轉動）阻礙磁通量的變化，理解為“增小減大”。

當閉合回路的原磁通量增加時，閉合回路將向磁通量小的方向移動（或將轉動），以阻礙磁通量的增加；當原磁通量減小時，閉合回路將向磁通量大的方向移動（或將轉動），以阻礙磁通量的減小，概括為“增小減大”。

例3：如圖所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導體線圈，當滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動過程中，線圈ab將（ ）

A.靜止不動 B.順時針轉動 C.逆時針轉動 D.發生轉動，但因電源的極性不明，無法確定轉動方向

分析：當P向右滑動時，電路中電阻增大，電流減小，通過線圈ab的磁通量減小，線圈ab為了阻礙磁通量的減小，由以上對楞次定律的理解，可知線圈ab將順時針轉動。

4.阻礙導體間的相對運動，理解為“來拒去留”。

若磁通量變化是由于導體與磁體間的相對運動引起的，那么感應電流阻礙原磁通量的變化可以理解為阻礙導體間的相對運動。當磁體靠近時，感應電流的磁場要拒之，當磁體遠離閉時，感應電流的磁場要留之，即“來拒去留”。從運動效果看，可表述為“靠退離追”。

例4：如圖所示，當磁鐵突然向銅環運動時，銅環的運動情況是（ ）

A.向右擺動 B.向左擺動

C.靜止 D.不能判定

分析：磁鐵向右運動時，由對楞次定律理解可知，銅環產生的感應電流的磁場，總是阻礙導體間的相對運動，根據“來拒去留”原則，磁鐵與銅環間一定是相互排斥的作用。故A正確。

5.阻礙線圈自身電流變化的角度來看——“自感現象”。

當線圈中自身電流增加時，線圈中自感電流的方向與原電流方向相反，阻礙原電流的增大；當線圈中自身電流減小時，線圈中自感電流的方向與原電流方向相同，阻礙原電流減小。

例5.如圖所示

由以上分析可知，只要熟練掌握楞次定律的推廣應用，就可以得心應手地解決相關問題。對解決不同類型的電磁感應問題十分方便快捷，往往能達到事半功倍的效果。同時多角度理解楞次定律可以幫助學生更好地應用，也會使學生在學習物理的過程中學會多向思維，從而提高學生學習物理的濃厚興趣。