淺談楞次定律的理解及應用

馬坡

摘 要：楞次定律的內容：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。在運用楞次定律時一定要注意：“阻礙”不等于“反向”，“阻礙”不是“阻止”，我們可以從三個角度理解“阻礙”的含義。

關鍵詞：磁通量變化率；感應電流；楞次定律；安培力

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）17-016-02

楞次定律是高中物理的重點內容，更是一個難點。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。

一、理解方法：

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

2、運用楞次定律判定感應電流方向的步驟：

明確穿過閉合電路的原磁場方向。

明確穿過閉合電路的磁通量是增加還是減少；

根據楞次定律確定感應電流的磁場方向；

利用安培定則判定感應電流的方向。

3、在運用楞次定律時一定要注意：“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生了變化，就一定有一定有感應電動勢產生。“阻礙”的不是磁感應強度B，，也不是磁通量Φ，而是穿過閉合回路磁通量的變化。

從“阻礙相對運動”的角度來看，楞次定律的這個結論可以用能量守恒來解釋：既然有了感應電流產生，就有其他形式的能轉化為電能，又由于感應電流是有相對運動引起的，所以只能是機械能轉化為電能，因此機械能減少。磁場力對物體做負功，是阻力，表現出的現象就是“阻礙”相對運動。

從阻礙“自身電流變化”的角度看，就是自感現象。

二、楞次定律得應用

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部。當磁鐵向上運動時（ ）

A.線圈中感應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極向下運動，原磁通量增加，感應電流磁場方向與原磁場方向相反，解法二 由安培定則知感應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.如果下端是N極，兩棒向外運動；如果下端是S極，兩棒相向靠近

B.如果下端是S極，兩棒向外運動；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：條形磁體向下運動，回路的磁通量在增加，回路的面積有收縮的趨勢，所以兩棒相互靠近，與下端是哪個極無關，D正確。

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

A.開關S閉合時，L1，L2都立即變亮

B.開關S閉合時，L2立即變亮，L1逐漸變亮

C.開關S斷開瞬間，安培表有可能燒壞

D.開關S斷開時，L2立即熄滅，L1逐漸熄滅

分析：開關S閉合，線圈中原電流在增大，感應電流阻礙其增大，所以L1立即變亮，L2逐漸變亮，；開關S斷開時，線圈中電流在減小，感應電流阻礙其減小，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量為m的銅質矩形線圈。當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中AB正上方等高快速經過時，若線圈始終不動，則關于線圈受到的支持力FN及在水平方向運動趨勢的正確判斷是（ ）

FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向左

FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向左

FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向右

FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向右

答案：D

分析：當條形磁鐵從線圈中AB正上方等高快速經過時，矩形線圈中的磁通量發生變化，因此回路中要產生感應電流，感應電流表現出來的力學效果有“來拒去留”，使線圈面積“贈縮減擴”等。之所以會表現這樣的結果，本質上是磁場對電流或磁場對磁體有力的作用。

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

解法二 當條形磁鐵從左邊向線框中心運動過程中，磁通量增大，線圈中產生感應電流的方向為逆時針方向，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大于線圈的重力，同時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。當條形磁鐵過了線圈的中心繼續向右運動時，我們可以采用同樣的方法來分析。

發生電磁感應現象時，感應電流會產生一些“來拒去留”、線圈面積“增縮減擴”的機械效果，這些效果都是磁場對電流的安培力作用的效果，根據物體間里的作用是相互的可知，本題中條形磁鐵受感應電流對它的作用力先向左上到線圈中心時水平向左，然后再向左下。

楞次定律可以從不同的角度去理解和認識，對感應電流所產生的機械效果的判定，不一定從感應電流方向的判定入手，可直接利用感應電流磁場與原磁場的磁通量變化相“阻礙”或受理產生的運動效果去判定，既簡單又方便。不同的解法是從不同的角度對問題進行分析的，但分析的結果是一致的。

參考文獻：

[1] 課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書.物理選修（3-2）北京人民教育出版社.2006.9-11

[2] 金太陽考案：新課標.高考第一輪復習用書.物理/陳東旭主編.-長春：吉林文史出版社，2009.3