淺談高中物理楞次定律的應(yīng)用

劉冬梅

摘要：楞次定律是高中物理教學(xué)中比較重要的一環(huán)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)相關(guān)知識(shí)有著重要作用。但是對(duì)于楞次定律，不僅老師覺得教學(xué)難度較大，而學(xué)生也覺得難以理解。基于此，怎樣幫助學(xué)生正確理解和掌握楞次定律，就成為當(dāng)前高中物理教學(xué)需要關(guān)注的重點(diǎn)課題。我們可以從楞次定律應(yīng)用中的幾個(gè)常見問題入手，通過分析來更好地把握楞次定律，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)楞次定律的靈活應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理 楞次定律 應(yīng)用 問題

在高中物理教學(xué)中，理解和應(yīng)用楞次定律始終是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。因此，為避免學(xué)生在學(xué)習(xí)應(yīng)用楞次定律時(shí)，因知識(shí)結(jié)構(gòu)以及思維定式等因素而屢犯錯(cuò)誤，可以對(duì)教學(xué)中常見應(yīng)用問題進(jìn)行總結(jié)分析，以期對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理知識(shí)有所幫助。

一、理解高中物理楞次定律需要注意的要點(diǎn)

學(xué)生在學(xué)習(xí)楞次定律時(shí)，普遍認(rèn)為該定律太過抽象，不僅理解起來有困難，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也有很大難度。對(duì)此，可以從以下幾方面入手，正確理解楞次定律的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

（一）明確楞次定律中“兩個(gè)磁場(chǎng)”的關(guān)系

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中存在兩個(gè)磁場(chǎng)，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)以及引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)，也就是原磁場(chǎng)。所以，為了讓學(xué)生對(duì)于楞次定律有一個(gè)正確理解和掌握，首先要讓學(xué)生對(duì)原磁場(chǎng)以及感應(yīng)電流的磁場(chǎng)二者有一個(gè)準(zhǔn)確區(qū)分。事實(shí)上，能夠引起感應(yīng)電流的原因并不是原磁場(chǎng)本身發(fā)生了某些變化，而是原磁場(chǎng)的磁通量發(fā)生了改變。也就是說，在原磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，其磁通量可能并不會(huì)發(fā)生改變。打個(gè)比方來說，假設(shè)原磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由原本的1T均勻變?yōu)榱?T，且垂直磁場(chǎng)方向的投影面積也由原來的0.5m2均勻變?yōu)榱?.25m2，則原磁場(chǎng)的磁通量會(huì)始終維持在0.5Wb。

（二）正確理解楞次定律中“阻礙”含義，準(zhǔn)確把握楞次定律的實(shí)質(zhì)

第一，要明確是誰起到了“阻礙”作用。在學(xué)習(xí)楞次定律過程中，不管是老師還是學(xué)生都需要明確，只有感應(yīng)電流的磁場(chǎng)才可以起到“阻礙”作用；第二，要明確“阻礙”什么。學(xué)習(xí)楞次定律，需要明確感應(yīng)電流的磁場(chǎng)“阻礙”的并不是原磁場(chǎng)本身，而是阻礙原磁通量的變化，即引起感應(yīng)電流的磁通量的變化；第三，要明確怎樣“阻礙”。 當(dāng)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)發(fā)揮“阻礙”作用時(shí)，原磁通量的變化如下：其一，如果原磁通量增加，那么感應(yīng)電流的磁場(chǎng)就會(huì)與原磁場(chǎng)的方向相反，并且以“反抗”原磁場(chǎng)的方向而增加；而如果原磁通量減少時(shí)，那么感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向就會(huì)保持一致，并且以“補(bǔ)償”原磁通量的減小；第四，要明確“阻礙”的結(jié)果。在物理學(xué)領(lǐng)域，這種“阻礙”作用的發(fā)揮，恰恰是促進(jìn)能的轉(zhuǎn)化以及守恒的反映。而事實(shí)上，我們生活中使用的電能正是在克服這種“阻礙”的過程中，有其他形式能轉(zhuǎn)化而來的。

二、高中物理楞次定律的應(yīng)用

楞次定律的內(nèi)容文字不僅概括精煉，同時(shí)其內(nèi)涵豐富，在教學(xué)時(shí)，不但要幫助學(xué)生正確理解楞次定律，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上，教會(huì)學(xué)生如何利用楞次定律來解決實(shí)際問題。對(duì)此，可以從以下幾方面入手：

（一）“增反減同”的問題

在高中物理教學(xué)中，一般會(huì)用“增反減同”來簡(jiǎn)明扼要的概括感應(yīng)電流的磁場(chǎng)“阻礙”磁通量的變化。這是因?yàn)椋慨?dāng)原磁通量增加，感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向就會(huì)與原磁場(chǎng)方向相反，也就是“增反”；反之，當(dāng)原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向就會(huì)與原磁場(chǎng)保持一致，也就是“減同”。

例題1：有一個(gè)矩形線圈ABCD在水平面上勻速自左向右運(yùn)動(dòng)，之后進(jìn)入到一個(gè)有界磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)豎直向下，從矩形線圈的AD邊開始進(jìn)入磁場(chǎng)，到磁場(chǎng)的BC邊完全離開磁場(chǎng)。問對(duì)矩形電流的有無和方向（從上向下看）描述正確的是（ ）

A.先順時(shí)針，之后沒有電流，再逆時(shí)針； B.先順時(shí)針，之后沒有電流，再順時(shí)針；

C.開始沒有電流，當(dāng)線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)后才有電流；

D.先逆時(shí)針，之后沒有電流，再順時(shí)針。

解析：矩形線圈在還處于磁場(chǎng)區(qū)域右邊時(shí)，穿過線圈的磁場(chǎng)為零，這時(shí)穿過線圈的磁通量也是零，且磁通量沒有變化。根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知，如果線圈沒有感應(yīng)電流，當(dāng)AD邊剛剛進(jìn)入到磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，對(duì)矩形線圈來說，具有磁場(chǎng)的有效面積會(huì)越來越大，也就是說，穿過矩形線圈的磁通量也會(huì)增加。同時(shí)，還要注意這時(shí)磁通量的方向是豎直向下的，根據(jù)“增反減同”，此時(shí)的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)應(yīng)該是豎直向上的。然后，根據(jù)右手螺旋定則，要產(chǎn)生豎直向上的磁場(chǎng)，必須要保證感應(yīng)電流是逆時(shí)針。當(dāng)矩形線圈完全進(jìn)入到磁場(chǎng)區(qū)域后，盡管這時(shí)穿過線圈的磁通量不等于零，但是在運(yùn)動(dòng)過程中，穿過線圈的磁通量并沒有變化。根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知，這時(shí)沒有感應(yīng)電流。而當(dāng)線圈將要離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，矩形線圈有磁通量的有效面積會(huì)越來越小，穿過線圈的磁通量也會(huì)隨之減少，根據(jù)“增反減同”，這時(shí)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是豎直向下的，之后再根據(jù)右手螺旋定則，矩形線圈的感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針。之后在線圈完全離開磁場(chǎng)區(qū)域后，線圈的磁通量沒有變化，也沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此，該例題的正確答案應(yīng)該是D。

（二）“來拒去留”問題

在高中物理學(xué)習(xí)中，可以將阻礙導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)概括為“來拒去留”。具體來說，當(dāng)磁場(chǎng)與導(dǎo)體靠近時(shí)，表現(xiàn)為斥力作用，即“來拒”；而當(dāng)磁場(chǎng)與導(dǎo)體遠(yuǎn)離時(shí)，則表現(xiàn)為引力作用，即“去留”。

例題2：如圖所示，如果處在銅環(huán)左側(cè)的磁鐵猛地向右運(yùn)動(dòng)，在接近銅環(huán)后，銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是（ ）

A.向右擺動(dòng)； B.靜止；

C.向左擺動(dòng)； D.轉(zhuǎn)動(dòng)

解析：當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過銅環(huán)的磁通量就會(huì)增加，結(jié)合楞次定律中的“來拒去留”原則，磁鐵與銅環(huán)之間一定是相互排斥的作用，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁通量的增加，所以銅環(huán)要向右擺動(dòng)。故選擇A。

三、結(jié)語

綜上所述，在高中物理教學(xué)中，雖然理解和應(yīng)用楞次定律對(duì)學(xué)生而言存在一定障礙，但是可以結(jié)合實(shí)際例題對(duì)楞次定律的某些規(guī)律進(jìn)行概括，比如“增反減同”以及“來拒去留”等。這一方面可以幫助學(xué)生正確理解楞次定律的本質(zhì)，同時(shí)還能讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，更好地應(yīng)用楞次定律來解決實(shí)際問題，鍛煉他們的多向思維，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性與熱情。

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（作者單位：山東省寧陽第四中學(xué)）