【关于“楞次定律推广应用”的探索】楞次定律
时间：2019-01-30 03:36:33 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
一直以来，楞次定律的应用就是学生学习和教师教学的难点，究其根本，主要是因为没有弄清其物理的本质，许多学生“依葫芦画瓢”，但“葫芦”毕竟不是“瓢”，所以总是事是而非、似懂非懂。
下面笔者就“楞次定律的推广应用”，谈谈自己在教学中的探索和体会。
1 楞次定律的推广
楞次定律的内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。通过楞次定律我们可以判定感应电流的方向，同时，我们还可以结合以前所学的知识得出楞次定律的另外两个表现形式：①阻碍物体间的相对运动；②改变物体的形状。
我们可以就以书上的实验为例：
（1）将一条形磁铁N极向下插入螺线圈（如图1）
根据楞次定律可以判断出感应电流的方向俯视看为逆时针（如图2），又因为原磁场方向斜向下（如图3），则根据左手定则可以判定安培力的方向（如图4），同理我们可以判断出线圈各处所受力的方向（如图5）。
由此我们可以知道，线圈同时受到两个效果的力：一个是向下的力，与产生原磁场的条形磁铁相互排互，与它们间的相对运动方向相反，即阻碍相对运动；另一个是指向圆心的力，使线圈的形状收缩趋势。
（2）一条形磁铁N极朝下远离螺线管运动（如图6）
椐楞次定律可判断出电流的方向俯视看为顺时针，同理根据左手定则可以判断出线圈各处所受安培力方向（如图7）
这种情况，线圈也同时受到两个效果的力：一个是向上的力，与产生原磁场的条形磁铁相到吸引，也与它们间的相对运动方向相反，也即阻碍相对运动；另一个远离圆心的力，使线圈的形状有扩张的趋势。
通过这两种情形的研究，我们不难发现，不管是阻碍相对运动，还是使线圈产生形变，所有的效果都是唯一的目的，那就是：阻碍磁通量的变化！如，第一种情形，条形磁铁插入线圈，磁通量增大，于是线圈一方面产生远离产生原磁场手术形磁铁趋势，另一方面产生减小线圈面积的趋势，从而达到阻碍磁通量增大的目的；而第二种情形，条形磁铁远离线圈，磁通量减小，于是线圈一方面产生靠近条形磁铁趋势，另一方面产生扩大线圈面积的趋势，从而达到阻碍磁通量增大的目的。
需要指出的是，这里的趋势是指线圈所受安培力方向。如果线圈没有受到其他外力，那么线圈将沿着安培力方向即沿着阻碍磁通量变化的方向运动或形变。
那么是不是由此我们就能准确地判断安培力的方向呢？很多同学不做深入的分析就将我们推导的结论擅加应用，常常是指鹿为马，造成各种错误。
下面我们再来分析一个例子：
一导体棒放在斜面上，通以垂直于纸面向内的电流，沿斜面向上运动，整个装置置于竖直向下的匀强磁场中（如图8）。试分析析该导体棒所受安培力的方向。
如果按照我们刚才推导的结论：因为导体棒相对于原磁场沿斜面向上运动，为阻碍相对运动，那么该导体棒所受的安培力方向应向斜面向下。但根据楞次定律，感应电流方向垂直于纸面向里，根据左手定则，安培力应沿水平向左（如图9）。
所以，前面所讲的“相对运动或形变的趋势”，准确的说应该是产生磁感应电流的导体所受安培力的大致方向或阻碍磁通量变化的方向。
2 楞次定律及其推广的灵活应用
根据以上分析，我们可以在应用时遵循以下规律：只涉及判断感应电流或感应电动势方向时，用楞次定律（如果是导体棒做切割磁感应线运动，可直接用右手定则判断）；只涉及判断导体的运动方向及导体的形变或者判断安培力的大致方向时，用楞次定律抓住广――沿阻碍磁通量变化的方向。
例1 如图10所示，在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴OO′自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（）
A.静止
B.随磁铁同方向转动
C.沿与磁铁相反方向转动
D.要由磁铁具体转动方向来决定
分析 因为原磁通量为零，所以无论线圈向任何方向转动磁通量都将增大，根据楞次定律的推广，线圈将沿阻碍磁通量增大方向运动，即线圈只有与磁铁同方向转动才有减小磁通量的趋势，答案：B。
例2 如图11所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合线圈，则流过表的感应电流方向是（）
A.始终由a流向b
B.始终由b流向a
C.先由a流向b，再由b流向a
D.先由b流向a，再由a流向b
分析 此题为判断感应电流方向的类型，所以应当用楞次定律判断，答案：C。
例3 如图12所示，互相平行的两条光滑金属轨道固定在同一水平面上，上面架着两根互相平行的铜棒ab和cd，磁场方向竖直向上。如不改变磁感强度方向而仅改变其大小，使ab和cd相向运动，则B应。
分析 根据楞次定律的推广，在没有其他外力的作用下，线圈总是沿阻碍磁通量的变化方向运动或形变，这里两棒相向运动，线圈面积减小，说明原磁场磁通量在增大，所以判断得B应增大，答案：增大。
例4 甲、乙两个同心的闭俣金属圆环位于同一平面内，甲环中通以顺时针方向是电流I，如图13所示，当甲环中电流逐渐增大时，乙环中每段导线所受磁场力的方向是（）
A.指向圆心
B.背离圆心
C.垂直线面向内
D.垂直线面向外
分析 由于甲中电流增大，导致乙中磁通量增大，根据楞次定律的推广，要阻碍磁通量增大，磁场力的方向应沿使其面积减小的方向即指向圆心的方向，答案：A。
由以上分析，我们知道，在掌握一个物理规律时，重要的是抓住其本质，把握好本质内涵，就可以真正以不变应万变了。
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