对楞次定律的理解及推广应用

金海岗

摘 要： 楞次定律是高中物理教学的重点，也是教学的难点。楞次定律的关键在于对“阻碍”的理解及推广应用。在楞次定律的实际应用中，若根据不同情况采取不同角度理解“阻碍”，应用楞次定律的几个推论分析问题，会使解题方便、快捷。

关键词： 楞次定律 磁通量 感应电流 阻碍

楞次定律是一条重要的电磁学定律，揭示了电磁感应中感应电流方向的普遍规律，内容：“感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”楞次定律的理解和应用一直都是学生学习的难点，究其原因，一是没有弄清物理本质，二是不会将楞次定律推广灵活应用，从而增加学习难度。本文对此就楞次定律的理解及推广应用进行探讨。

一、深刻理解楞次定律，弄清物理本质

1.搞清楞次定律中“两个磁场”的关系。

当闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会产生感应电流。这个感应电流会立即产生一个磁场，即感应电流的磁场。这样电路中存在两个磁场，即原磁场（产生感应电流的磁场）和感应电流的磁场，不能混淆。

2.正确理解楞次定律中的“阻碍”含义，把握楞次定律实质。

（1）明白谁起阻碍作用——要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”。

（2）弄清阻碍什么——感应电流的磁场总是阻碍“引起感应电流的磁通量的变化”，即阻碍原磁通量变化。因此“阻碍”不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量。

（3）熟悉怎样阻碍——当原磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，以“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，以“补偿”原磁通量的减少。因此“阻碍”不是“相反”，不能认为感应电流的磁场和原磁场方向相反；“阻碍”不仅具有“反抗”的含义，而且有“补偿”的含义，反抗磁通量的增加，补偿磁通量的减少。

（4）知道阻碍的结果——阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少。即并没有阻止磁通量的变化，只是延缓磁通量的变化。

二、正确理解楞次定律与能量守恒定律的联系

楞次定律在本质上等同于能量守恒定律。在电磁感应现象中，感应电流在闭合电路中流动时将电能转化为内能，根据能量守恒定律可知，能量不能无中生有，这部分能量只能由其他形式的能量转化而来。如条形磁铁插入或拔出闭合线圈的过程中要产生感应电流，由楞次定律可知磁铁无论插入或拔出，都必须克服磁场的斥力或引力做功，从而在此过程中消耗机械能转化为电能再转化为内能。

感应电流的方向遵守楞次定律本身就说明了楞次定律的本质就是能量守恒定律，或者说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。

三、楞次定律理解的推广应用

闭合电路中磁通量的变化会产生感应电流，而引起磁通量变化的原因通常有：原磁通量的变化、导体和磁体间相对运动、原电流的变化等多种不同情况。由于引起磁通量变化的情况不同，那么楞次定律中阻碍磁通量变化的形式将呈现多样性、丰富性——可能是磁场阻碍，也可能是电流阻碍，也可能是运动阻碍，还可能通过力来阻碍，等等。因此从“阻碍”角度，楞次定律可以推广为以下几种具体应用。

1.感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，理解为“增反减同”。

当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向就与原磁场的方向相反，即“增反”；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“减同”。

例1.通有恒定电流I的直导线旁有一个和它共面的闭合到线框，如图示，当导线框远离直导线的过程中，导线框内的感应电流的方向如何？

分析：直线电流在线框所在区域的磁场垂直纸面向里，当导线框远离直导线时，线框内的磁通量减小，根据“增反减同”的原则，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即垂直纸面向里，再由安培定则可判断出感应电流的方向应为顺时针。

2.以回路面积的变化阻碍磁通量的变化，理解为“增缩减扩”。

如果闭合回路面积可以变化，则磁通量的变化引起的感应电流会使回路面积有扩大或缩小的趋势。当磁通量增加时，回路面积有“收缩”的趋势，以阻碍磁通量的增加；反之有“扩张”趋势。

例2.如图所示，ef、gh为两水平放置相互平衡的金属导轨，ab、cd为搁在导轨上的两金属棒，与导轨接触良好且无摩擦。当一条形磁铁向下靠近导轨时，关于两金属棒的运动情况的描述正确的是（ ）

A.两棒相互靠近 B.两棒相互远离

C.两棒均均静止 D.因磁铁极性不明，无法确定

分析：由于条形磁体向下运动，回路的磁通量在增加，回路的面积有收缩的趋势，因此两棒相互靠近，与下端是哪个极无关，D正确。

3.以闭合回路位置移动（或闭合回路转动）阻碍磁通量的变化，理解为“增小减大”。

当闭合回路的原磁通量增加时，闭合回路将向磁通量小的方向移动（或将转动），以阻碍磁通量的增加；当原磁通量减小时，闭合回路将向磁通量大的方向移动（或将转动），以阻碍磁通量的减小，概括为“增小减大”。

例3：如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将（ ）

A.静止不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动方向

分析：当P向右滑动时，电路中电阻增大，电流减小，通过线圈ab的磁通量减小，线圈ab为了阻碍磁通量的减小，由以上对楞次定律的理解，可知线圈ab将顺时针转动。

4.阻碍导体间的相对运动，理解为“来拒去留”。

若磁通量变化是由于导体与磁体间的相对运动引起的，那么感应电流阻碍原磁通量的变化可以理解为阻碍导体间的相对运动。当磁体靠近时，感应电流的磁场要拒之，当磁体远离闭时，感应电流的磁场要留之，即“来拒去留”。从运动效果看，可表述为“靠退离追”。

例4：如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是（ ）

A.向右摆动 B.向左摆动

C.静止 D.不能判定

分析：磁铁向右运动时，由对楞次定律理解可知，铜环产生的感应电流的磁场，总是阻碍导体间的相对运动，根据“来拒去留”原则，磁铁与铜环间一定是相互排斥的作用。故A正确。

5.阻碍线圈自身电流变化的角度来看——“自感现象”。

当线圈中自身电流增加时，线圈中自感电流的方向与原电流方向相反，阻碍原电流的增大；当线圈中自身电流减小时，线圈中自感电流的方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。

例5.如图所示

由以上分析可知，只要熟练掌握楞次定律的推广应用，就可以得心应手地解决相关问题。对解决不同类型的电磁感应问题十分方便快捷，往往能达到事半功倍的效果。同时多角度理解楞次定律可以帮助学生更好地应用，也会使学生在学习物理的过程中学会多向思维，从而提高学生学习物理的浓厚兴趣。